Satu pasukan penyelidik yang diketuai oleh Bob Nagler dan Thomas White baru -baru ini menunjukkan kaedah baru untuk mengukur suhu atom dalam bahan padat hangat - dengan secara langsung mengukur kelajuan atom.
Bahan -bahan semua mempunyai titik lebur dan mendidih tertentu, tetapi boleh dipanaskan di atas mereka sehingga mereka mencapai entropi "bencana" tahap lebur dan mendidih secara tiba -tiba.
Apabila pasukan itu memanfaatkan emas pepejal jauh melebihi had teoritisnya kepada 19,000 kelvin, ia terselamat daripada bencana entropi - yang menunjukkan mungkin tidak ada batas atas bahan -bahan panas jika mereka dipanaskan dengan cepat.
Dunia Fokus Laser: Idea siapa untuk memanaskan emas dengan LCLS? Apa yang memberi inspirasi?
Bob Nagler: Apabila kami berangkat untuk melakukan eksperimen, matlamat kami adalah untuk membangunkan kaedah baru untuk mengukur suhu bahan padat yang hangat. Perkara ini adalah padat seperti pepejal, tetapi dipanaskan kepada puluhan atau beratus -ratus ribu darjah Kelvin. Anda dapati di teras planet gergasi dan bahagian dalaman yang cemerlang, tetapi apabila kita mencipta semula di makmal, sebenarnya mengukur suhunya sangat sukar.
Kami melancarkan projek ini untuk menangani cabaran ini, dengan menggunakan sumber sinar X- di dunia, sumber cahaya koheren Linac Slac National Accelerator (LCLS), untuk membantu.
Thomas White:Saya suka mengatakan ia adalah satu -satunya - Flash of Brilliance tetapi, sebenarnya, idea itu keluar dari panjang - kekecewaan berdiri di seluruh lapangan. Kami tahu kami memerlukan diagnostik yang lebih baik, dan emas membuat bahan ujian idea: ia menyebarkan X - sinar dengan baik dan boleh dengan mudah dibuat ke dalam foil nipis yang diperlukan untuk teknik ini. Pasukan kami di University of Nevada, Reno, SLAC, dan rakan -rakan lain menjangkakan emas itu menjadi panas di bawah penyinaran, tetapi apa yang menonjol adalah betapa panasnya pepejal ketika mengekalkan struktur kristalnya. Walaupun pada suhu yang melampau ini, kekisi emas berterusan melampaui batas yang diharapkan untuk susunan struktur. Pemerhatian ini mengalihkan tumpuan projek kami. Apa yang bermula sebagai usaha praktikal untuk membina termometer yang lebih baik berkembang menjadi penyiasatan yang lebih mendalam tentang superheating dan batas asas pepejal - keadaan di bawah keadaan yang melampau.
Lfw: Mengapa LCLS?
Putih:Kaedah yang kami usahakan bergantung pada mengesan perubahan kecil dalam bagaimana x - menyebarkan atom dalam bahan. Khususnya, peralihan tenaga kecil mendedahkan suhu ion. Ia memerlukan bukan sahaja sumber yang luar biasa terang dari sinar x -, tetapi juga jalur lebar yang sangat sempit. Percuma - laser elektron seperti LCLS, dan beberapa orang lain seperti XFEL Eropah, secara unik mampu menyampaikan gabungan ini. Mereka mencapai satu bilion kali lebih cerah daripada mana -mana synchrotron, yang penting kerana penyebaran tidak elok sangat lemah - atas urutan hanya beberapa foton setiap pukulan.
Nagler:LCLS pada dasarnya adalah satu kilometer - panjang x - ray laser yang, untuk eksperimen ini, juga bertindak sebagai kilometer - termometer panjang. Tanpa gabungan kecerahan, koheren, dan ketepatan spektrum, pengukuran ini tidak mungkin.
Lfw: Apa yang melibatkan percubaan anda?
Nagler: Kami memanaskan foil emas ultrathin - hanya 50 - nm tebal - menggunakan frekuensi - dua kali ganda: sapphire laser, memberikan kami 400 - nm nm gelombang panjang dengan pulse laser sekitar 45 fs. Walaupun suhu yang melampau kami mencapai, laser itu sendiri tidak begitu kuat oleh piawaian ketumpatan tenaga tinggi. Kami hanya menggunakan kira -kira ~ 0.3 mj setiap nadi. Ini bermakna bahagian pemanasan eksperimen, penciptaan emas yang panas, boleh, pada dasarnya, akan diterbitkan semula oleh banyak makmal laser di seluruh dunia.
Putih:Tetapi mengukur suhu apa yang anda buat? Ia adalah bahagian yang sukar. Untuk ini, anda memerlukan jalur lebar, sempit -, femtosecond x - sinar yang hanya kemudahan seperti LCLS dan beberapa XFELs lain dapat menyediakan. Itulah yang membuat percubaan ini mungkin.
Lfw: Apakah yang penting dalam eksperimen ini? Ada kejutan?
Nagler:Bagi kami dan bidang kami, pengambilan utama adalah bahawa kami kini mempunyai kaedah percuma, model- untuk mengukur suhu ion dalam keadaan yang melampau - yang telah menjadi cabaran yang panjang {{2} Teknik ini membuka pintu kepada persamaan penanda aras negara, mengesahkan simulasi hidrodinamik, dan meneroka perkara dalam rejim yang sebelum ini tidak dapat dicapai secara eksperimen.
Putih:Kejutan sebenar datang apabila kita melihat sejauh mana kita boleh menolak pepejal sebelum ia memberi kepada gangguan. Kami menjangkakan emas itu mencairkan apabila ia melintasi ambang tertentu - tetapi tidak. Kekisi kristal yang dipegang bersama pada suhu lebih daripada 14x titik lebur - jauh melebihi apa yang termodinamik standard akan diramalkan. Ini adalah 'aha!' Momen: Bukan sahaja kita boleh mengambil suhu, tetapi sistem itu sendiri menentang jangkaan. Dengan berbuat demikian, kami mendapati diri kita bukan sahaja menyelesaikan cabaran diagnostik, tetapi juga mendedahkan fizik baru, menolak batas -batas superheating, dan menyemak semula andaian tentang kapan dan bagaimana pepejal mencairkan di bawah keadaan yang melampau.
Lfw: Apa yang dirasakan untuk membantah satu dekad - Teori lama?
Putih:Ia adalah menyelam yang menyeronokkan dan menarik ke dalam fizik superheating, meneroka sejauh mana pepejal dapat ditolak sebelum ia rosak, dan menyedari bahawa walaupun konsep -konsep yang telah ditetapkan - memerlukan pemikiran yang berhati -hati apabila digunakan untuk rejim Ultrafast, tidak bersuara.
Nagler:Ia tidak begitu banyak tentang membantah satu dekad - teori lama kerana ia menunjukkan bahawa teori itu tidak semestinya berlaku untuk jauh - dari - keadaan superheated keseimbangan. Rangka kerja asal menganggap sistem dalam keseimbangan haba, perlahan -lahan menghampiri titik lebur, tidak ada yang diletupkan oleh nadi laser femtosecond. Daripada membatalkan teori yang ada, ini lebih seperti melangkah keluar dari domainnya.
Lfw: Apakah yang dimaksudkan dengan penemuan ini untuk superheating?
Nagler:Ia menunjukkan bahawa perkara yang superheated di negara -negara tidak bersuara ini boleh berkelakuan agak berbeza daripada yang anda harapkan untuk lebih banyak run - - kilang - berhampiran - sistem keseimbangan dan ia akan menjadi menarik untuk meneroka perbezaan ini secara terperinci.
Putih:Akhirnya, ia membuka semula persoalan sama ada terdapat batas yang benar untuk memanfaatkannya dengan sangat didorong, jauh - dari - sistem keseimbangan, atau sama ada pepejal dapat berterusan melampaui apa yang diramalkan termodinamik tradisional.
