Een team van wetenschappers heeft met succes de temperatuur van atomen in heet, dicht materiaal gemeten, wat een aanzienlijke vooruitgang betekent in de materiaalfysica. Ze gebruikten de MEC-laser op het SLAC National Accelerator Laboratory om een goudmonster tot 19.000 Kelvin (ongeveer 18.726 graden Celsius) te verhitten. Dit is meer dan veertien keer de smelttemperatuur van goud, maar het materiaal smolt niet. De bevindingen ondersteunen de theorie dat snelle verhitting de uitzetting van goud kan voorkomen, waardoor het zijn vaste structuur behoudt. Dit onderzoek, gepubliceerd in Nature, opent nieuwe wegen voor onderzoek naar materialen bij extreme temperaturen.
De gebruikte techniek omvat het meten van de snelheid van atomische trillingen, wat direct verband houdt met de temperatuur van het materiaal. Dit is een doorbraak omdat het meten van de temperatuur van dergelijke extreme omstandigheden voorheen extreem moeilijk was, met grote onzekerheidsmarges. De methode maakt gebruik van de Linac Coherent Light Source (LCLS) van SLAC, een krachtige röntgenlaser, als een soort thermometer om de temperatuur in het dichte plasma te meten.
Deze resultaten zetten de lang bestaande theoretische limiet, bekend als de entropiecatastrofe, op zijn kop. Deze theorie stelde dat vaste stoffen niet stabiel konden blijven boven ongeveer drie keer hun smelttemperatuur zonder spontaan te smelten. Het experiment met goud overschreed deze limiet ruimschoots, wat suggereert dat er mogelijk geen bovengrens is voor oververhitte materialen als ze voldoende snel worden verhit. Dit opent de deur naar verder onderzoek in gebieden zoals planetaire fysica en fusie-energietechnologie.
De MEC-faciliteit bij SLAC is uitgerust met krachtige lasersystemen die in staat zijn tot dergelijke extreme experimenten. Het combineert optische lasers met de LCLS-röntgenbundel om de dynamische interactie van materie onder extreme omstandigheden te bestuderen. De mogelijkheid om materialen zo snel te verhitten, in de orde van grootte van biljoensten van een seconde, is cruciaal voor het omzeilen van de entropiecatastrofe. Dit onderzoek draagt bij aan een beter begrip van materie onder extreme omstandigheden, vergelijkbaar met die in het centrum van planeten of exploderende sterren.