Goud bereikt recordtemperatuur in laser experiment
Wetenschappers hebben recentelijk een opmerkelijke doorbraak bereikt door goud met laserpulsen te verhitten tot extreme temperaturen zonder dat het smelt. Dit internationale team van onderzoekers heeft een dunne laag goud verhit tot 19.000 Kelvin (ongeveer 18.700 graden Celsius of 33.740 graden Fahrenheit), wat meer dan 14 keer de smelttemperatuur van goud is.
Deze prestatie daagt de bestaande theorieën over de stabiliteit van materialen onder extreme omstandigheden uit. De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature.
Het experiment
De onderzoekers gebruikten een laser om een 50 nanometer dunne goudfilm te verhitten. De laserpulsen duurden slechts 45 femtoseconden (miljoensten van een miljardste van een seconde), waardoor de goudatomen zeer snel begonnen te trillen. Om de temperatuur te meten, bestraalden de wetenschappers het verhitte goud met ultraheldere röntgenpulsen van de Linac Coherent Light Source (LCLS) bij SLAC National Accelerator Laboratory in Californië. De verstrooide röntgenfotonen onthulden de snelheid van de atomaire vibraties, waardoor de temperatuur direct kon worden gemeten.
De "entropiecatastrofe"
Een lang bestaande theorie voorspelde dat een vaste stof zijn structuur zou verliezen en zou smelten als het tot ongeveer drie keer zijn smelttemperatuur zou worden verhit. Dit concept staat bekend als de "entropiecatastrofe". Het experiment toonde echter aan dat goud deze limiet aanzienlijk kan overschrijden wanneer het snel genoeg wordt verhit.
De onderzoekers ontdekten dat het goud meer dan 2 picoseconden (een biljoenste van een seconde) in vaste vorm bleef, wat lang genoeg is om de bestaande modellen te heroverwegen. De snelheid van de verhitting voorkwam waarschijnlijk dat het goud uitzette, waardoor het zijn vaste structuur kon behouden.
Implicaties voor de toekomst
Deze bevindingen hebben belangrijke implicaties voor het begrip van materialen onder extreme omstandigheden, zoals die in de kernen van planeten, in fusiereactoren en bij botsingen van asteroïden voorkomen. De resultaten kunnen leiden tot de ontwikkeling van meer resistente materialen.
De onderzoekers zijn van plan om te onderzoeken of andere materialen zich op dezelfde manier gedragen als goud onder vergelijkbare omstandigheden. "Misschien dachten we dat we het in de jaren 80 hadden opgelost met deze superverhittingslimiet, maar nu denk ik dat het weer een open vraag is," aldus natuurkundige Thomas White van de Universiteit van Nevada.