Науковці досягли значного прориву у фізиці матеріалів, успішно вимірявши температуру атомів у гарячій щільній матерії. Використовуючи потужний лазер MEC (Matter in Extreme Conditions) на Національній прискорювальній лабораторії SLAC, дослідники нагріли зразок золота до температури 19 000 Кельвінів (приблизно 18 726 градусів Цельсія).
Ця температура, що більш ніж у 14 разів перевищує точку плавлення золота, не призвела до розплавлення матеріалу, який зберіг свою тверду кристалічну структуру. Це відкриття кидає виклик усталеній десятиліцями теорії «ентропійної катастрофи», яка стверджує, що тверді тіла не можуть залишатися стабільними при температурах, що перевищують приблизно втричі їхню точку плавлення, без спонтанного розплавлення. Результати дослідження опубліковані у журналі Nature.
Експеримент продемонстрував, що золото витримує нагрівання далеко за межі передбачуваного порогу завдяки надзвичайно швидкому нагріванню, яке запобігло розширенню кристалічної решітки золота, дозволивши йому зберегти цілісність. Для точного вимірювання температури в таких екстремальних умовах вчені застосували інноваційний метод, використовуючи надкороткі імпульси рентгенівського випромінювання від джерела Linac Coherent Light Source (LCLS). Аналізуючи зміни у частоті цих рентгенівських променів, які розсіювалися на атомах нагрітого зразка, дослідники змогли кількісно визначити швидкість вібрації атомів, а отже, і їхню температуру.
Цей підхід є першим надійним методом для точного вимірювання температури в системах з високою густиною енергії, відомих як «тепла щільна матерія». Томас Вайт, один з провідних авторів дослідження та професор фізики в Університеті Невади, Ріно, зазначив, що результати спростовують давню теорію 1980-х років. Боб Неглер, науковий співробітник SLAC, додав, що новий метод відкриває шлях до кращого розуміння екстремальних станів матерії.
Ці результати мають значні наслідки для різних галузей науки, відкриваючи нові горизонти для досліджень у галузі фізики високих густин енергії, термоядерного синтезу та планетології. Можливість нагрівати матеріали до таких екстремальних температур без їхнього розплавлення може призвести до розробки нових матеріалів з унікальними властивостями для передових технологій.