Ylikuumentunut kulta selviää entropiakatastrofista

26.07.2025

SLAC-Ylikuumentunut-kulta-selviaa-entropiakatastrofista-300-t.jpgSLAC National Accelerator Laboratory tutkijat, jotka mittasivat ensimmäistä kertaa suoraan atomien lämpötilaa erittäin kuumissa materiaaleissa, kumosivat tahattomasti vuosikymmeniä vanhan teorian ja mullistivat ymmärryksemme ylikuumenemisesta.

On tunnetusti vaikeaa mitata todella kuumien aineiden lämpötilaa mutta tällaisten mittausten tekeminen on tähän asti ollut käytännössä mahdotonta.

Tutkijaryhmä raportoi nyt mitanneensa suoraan atomien lämpötilan lämpimässä tiheässä aineessa. Kun muut menetelmät perustuvat monimutkaisiin ja vaikeasti validoitaviin malleihin, tämä uusi menetelmä mittaa suoraan atomien nopeutta ja siten järjestelmän lämpötilaa.

"Lopulta olemme tehneet suoraan ja yksiselitteisesti suoran mittauksen, mikä osoittaa menetelmän, jota voidaan soveltaa koko kentällä", professori Tom White sanoi.

SLAC:n tutkimusryhmä käytti laseria kultanäytteen ylikuumentamiseen ja Linac Coherent Light Sourcen röntgensäteiden pulssilla mitattiin atomien nopeus ja siten niiden lämpötila.

Tiimi oli innoissaan voidessaan onnistuneesti esitellä tämän tekniikan – mutta tutkiessaan dataa tarkemmin he löysivät jotain vieläkin jännittävämpää.

”Yllätykseksemme näissä ylikuumentuneissa kiinteissä aineissa havaittiin paljon korkeampi lämpötila kuin alun perin odotimme, mikä kumoaa 1980-luvulta peräisin olevan pitkäaikaisen teorian”, White sanoi. ”Tämä ei ollut alkuperäinen tavoitteemme, mutta siitä tieteessä on kyse – uusien asioiden löytämisestä, joiden olemassaolosta ei tiedetty.”

Jokaisella materiaalilla on omat sulamis- ja kiehumispisteensä, jotka osoittavat siirtymisen kiinteästä nesteeksi ja nesteestä kaasuksi. Poikkeuksia on kuitenkin olemassa. Esimerkiksi kun vettä lämmitetään nopeasti erittäin sileissä astioissa – kuten lasillisessa vettä mikroaaltouunissa – se voi "ylikuumentua" ja saavuttaa yli 100 celsiusasteen lämpötilan kiehumatta. Tämä tapahtuu, koska materiaalissa ei ole karkeita pintoja tai epäpuhtauksia, jotka voisivat laukaista kuplien muodostumisen.

Mutta tähän luonnon temppuun liittyy lisääntynyt riski: mitä kauemmas systeemi poikkeaa normaaleista sulamis- ja kiehumispisteistään, sitä alttiimpi se on sille, mitä tiedemiehet kutsuvat katastrofiksi – äkilliselle sulamisen tai kiehumisen alkamiselle, jonka laukaisee pieni ympäristön muutos.

Vaikka jotkut kokeet ovat osoittaneet, että näitä välivaiheen rajoituksia voidaan ohittaa kuumentamalla materiaaleja nopeasti, "entropia-katastrofia pidettiin edelleen lopullisena rajana", White selitti.

Äskettäisessä tutkimuksessaan tiimi havaitsi, että kulta oli ylikuumennettu hämmästyttävään 19 000 kelviniin – yli 14 kertaa sulamispisteeseensä nähden ja selvästi ehdotetun entropiakatastrofirajan yli – säilyttäen samalla kiinteän kiteisen rakenteensa.

”On tärkeää selventää, ettemme rikkoneet termodynamiikan toista pääsääntöä”, White sanoi naurahtaen. ”Osoitimme, että nämä katastrofit voidaan välttää, jos materiaaleja kuumennetaan erittäin nopeasti – meidän tapauksessamme sekunnin biljoonasosassa.”

Tutkijat uskovat, että nopea kuumentaminen esti kullan laajenemisen, mikä mahdollisti sen kiinteän olomuodon säilyttämisen. Tulokset viittaavat siihen, että ylikuumennetuille materiaaleille ei ehkä ole ylärajaa, jos ne kuumennetaan riittävän nopeasti.

Tutkija Bob Nagler haluaa soveltaa uutta tekniikkaa – jolla voidaan määrittää atomien lämpötilat 1 000–500 000 kelvinin välillä – SLAC:n meneillään olevaan inertiaaliseen fuusioenergiatutkimukseen.

”Kun fuusiopolttoainekohde räjähtää fuusioreaktorissa, kohteet ovat lämpimässä ja tiheässä tilassa”, Nagler selitti. ”Jotta voimme suunnitella käyttökelpoisia kohteita, meidän on tiedettävä, missä lämpötiloissa ne käyvät läpi tärkeitä tilanmuutoksia. Nyt meillä on vihdoin tapa tehdä nämä mittaukset.”

Aiheesta aiemmin:

Uusi atomipohjainen lämpötilamittaus on tarkempi

Lämpötilakuvausta aineen sisältä

05.09.2025Voisiko kvanttitilan välimuoto vauhdittaa tulevaisuuden teknologioita
05.09.2025Ei enää siirtoprosessia toimivien 2D-rakenteiden tuottamiseksi
04.09.2025Tutkijat löysivät aika-avaruuden hopfionkiteitä
04.09.2025Kvanttiaineen ytimen geometria
04.09.2025Yksittäisien ballistisien elektronien havainnointia
03.09.2025Spin-häviön muuttaminen energiaksi
03.09.2025Uusi tekniikka parantaa monifotonisen tilan muodostumista
02.09.2025Demonstraatioita 6G:n monipiste- ja hyper-avaruus tekniikoilla
02.09.2025Kuitutietokone mahdollistaa ihmisen toiminnan tarkemman tunnistamisen
01.09.2025Puolalainen tutkimusryhmä kehitti uuden fotoniikka-alustan
01.09.2025Aurinkoenergian keruuta mustalla metallilla
30.08.2025Uudella molekyylillä kohti keinotekoista fotosynteesiä
29.08.2025Tietokonetekniikan kehitys yltää monimutkaisiin optimointiongelmiin
29.08.2025Keskijännitekatkaisija tasavirralle
29.08.2025Kaksitoiminen orgaaninen molekyyli näytöille ja kuvantamiselle
28.08.2025Tehokkaampia ja luotettavampia piikarbidipiirejä
28.08.2025Kide, joka hengittää happea
27.08.2025Rypyttämällä ultratehokasta elektroniikkaa
27.08.2025Tarvitsevatko akut lääkettä?
27.08.2025Uusi energiatehokas ultrakompakti laseri
26.08.2025Tutkijat valottivat valosähkön tuotantoa
26.08.2025Absoluuttinen suprajohtava kytkin magneettisessa laitteessa
26.08.2025Tekoälyä myös teollisuudelle
25.08.2025Luonnon johdottamat tarkkuusmolekyylit tulevaisuuden elektroniikalle
25.08.2025Tutkijat ohjelmoivat soluja luomaan biologisen kubitin
25.08.2025Uusi virrankerääjä sähköautojen akuille
23.08.2025Kuparin rooli CO2:n muuntamisessa arvokkaiksi polttoaineiksi
22.08.2025Tulevaisuuden väreilyä: kvantti-interferenssiä fononeilla
22.08.2025Bioinspiroidut materiaalit kestävät iskun
21.08.2025Äänen käyttäminen kvantti-informaation muistamiseen
21.08.2025Valo paljastaa magnetismia ei-magneettisissa metalleissa
20.08.2025Tutkijat rakensivat ensimmäiset "mikroaaltoaivot" sirulle
20.08.2025Uusi lähetin vähemmän tehosyöpöille langattomille
19.08.2025Lähes sata vuotta vanha kvanttifysiikan mysteeri ratkaistu
19.08.2025Äänellä valoa muokaten
18.08.2025Aineen uuden olomuodon äärellä
18.08.2025Kohti uudenlaista magneettisen ja elektronisen maiseman muokkaamista
18.08.2025Tutkijat saivat aikaan aivojen kaltaisen muistin
16.08.2025Huoneenlämmössä syntetisoitu tehokas polttokennokatalyytti
15.08.2025Kvanttimateriaaleissa kannattaa harkita kemiaa
15.08.2025Sähkön ohjailua atominohuissa metalleissa
15.08.2025Hedelmäkärpäsen toukat voivat aistia sähkökenttiä
14.08.2025Indiumselenidin kiekkoja teollisuudelle
14.08.2025Pöytätason menetelmällä lähes megateslojen magneettikenttiä
13.08.2025Mitä löytyy kvanttisesta nollapisteestä
13.08.2025MEMS Huygens -kello parantaa ajanoton tarkkuutta ja vakautta
12.08.2025Digitaaliset metapinnat: Langattoman viestinnän uusi paradigma
12.08.2025Antiferromagneetti pienenergian keräämiseen
11.08.2025Kohti laajamittaista vikasietoista kvanttitietokonetta
11.08.2025Terahertsin valo ohjaa atomisen ohuita puolijohteita
09.08.2025Salama on syntynyt!
08.08.2025Jotain tuttua ja jotain uutta nykyajan sulautettuihin
08.08.2025Koneoppimista ja kvanttikoneoppimista elektroniikan suunnitteluun
08.08.2025Tutkijat havaitsivat korreloitujen häiriöiden lisäävän suprajohtavuutta
07.08.2025Tekoälyllä uusia materiaaleja moni-ionisiin akkuihin
07.08.2025Täydellisen epätäydellinen: Materiaalien epäjärjestys ja nopea akkulataus
07.08.2025Robotiikan uusia näkökulmia
06.08.2025Voisiko hiili olla kvanttilaskennan tulevaisuus?
06.08.2025Moottorikäyttöjen mullistus: keskiössä malliton ennakoiva ohjaus
06.08.2025Kvanttirajaa lähestyvä etäisyyden mittausjärjestelmä
05.08.2025Uusi materiaali voisi vähentää elektroniikan tehokulutusta
05.08.2025Magneettinen 1D van der Waals heterorakenne
04.08.2025Valon manipuloinnille uudet säännöt
04.08.2025Metalliton superkondensaattoripino grafeenista
02.08.2025Polttoaineiden valmistus auringonvalosta
01.08.2025Kuvia kvanttimateriaalien lämmön atomitason liikehdinnästä
01.08.2025Spineille aaltojohteinen verkko
31.07.2025Mitä tapahtuu kvanttitunneloinnin sisällä
31.07.2025Ihomainen monitoimianturi vaikka kehon sisään
30.07.2025Metapinnoista seuraava kvantti-informaation prosessori?
30.07.2025Veteen liukenevia muistipiirejä
29.07.2025Elektronis-fotoninen kvanttisiru luotu kaupallisessa valimossa
29.07.2025Lomittumisakku tehostaa kvanttipalautuvuutta
28.07.2025Puolijohteet saavat magneettisen sysäyksen
28.07.2025Neljän koplaus: Uusi puolijohde tulevaisuuden siruille
26.07.2025Ylikuumentunut kulta selviää entropiakatastrofista
25.07.2025Kaksiulotteiset laboratorioista teollisuuteen
25.07.2025Nestemäisen veden kahdet kasvot
24.07.2025Kuinka sähkö liikkuu piissä atomi atomilta
24.07.2025Uusi tapa hallita magneettisuutta erittäin ohuissa materiaaleissa
23.07.2025Magnonien viritystä suoraan valolla
23.07.2025Magneettisten tekstuurien säätäminen sähkökentillä
22.07.2025Äänisignaalit siruilla? lähes ilman signaalihäviötä
21.07.2025Kvanttipiireillä läpimurto spintroniikalle
18.07.2025Uusi biosensori valaisee kasvin RNA:ta reaaliajassa
17.07.2025Tekoälylle uusi eurooppalainen supertransistori
17.07.2025OLED-näyttöjen kehitysnäkymiä
16.07.2025Avaus pienen energiankäytön elektroniikalle
16.07.2025Yhden sirun mikroaaltofotoniikan järjestelmä
15.07.2025Uusi materiaali emittoi paremmin kuin se absorboi
15.07.2025Miksi aurinko on niin hyvä haihduttamaan vettä
14.07.2025Metallin tavoin johtavia MOFeja
12.07.2025Polttokenno vakauttaa sähköverkkoa tuottamalla ja varastoimalla energiaa
11.07.2025Kubittimaailman millikelvineitä ja millisekunteja
11.07.2025Varatut pisarat voivat osua pintaan ilman roiskeita
10.07.2025Kvanttifysiikan avulla itsevalaiseva biosensori
09.07.2025Jättimäinen fotoni-isolointi ja -kiertoliike
09.07.2025Optista rinnakkaisprosessointia sadalla aallonpituudella
08.07.2025Elektroniikasta 1000 kertaa nopeampaa
08.07.2025Kiintolevyt tallantamaan 100 kertaa enemmän dataa

Näytä lisää »