Bob Naglerin ja Thomas Whitein johtama tutkijaryhmä osoitti äskettäin uuden menetelmän atomien lämpötilan mittaamiseksi lämpimässä tiheässä aineessa - mittaamalla suoraan atomien nopeutta.
Kaikilla materiaaleilla on erityiset sulamis- ja kiehumispisteet, mutta ne voidaan lämmittää niiden yläpuolella, kunnes ne saavuttavat entropian "katastrofin" äkillisen sulamisen ja kiehumisen tason.
Kun joukkue ylitti kiinteän kullan huomattavasti sen teoreettisen rajansa yli 19 000 Kelviniin, se selvisi entropian katastrofista -, mikä viittaa siihen
Laser tarkennusmaailma: Kenen ajatuksena oli kuumennus kultaa LCLS: n kanssa? Mikä inspiroi sitä?
Bob nagler: Kun pyrimme tekemään kokeen, tavoitteemme oli kehittää uusi menetelmä lämpimän tiheän aineen lämpötilan mittaamiseksi. Tämä asia on yhtä tiheä kuin kiinteä, mutta lämmitetty kymmenille tai satoille tuhansille Kelvinille. Löydät sen jättiläisistä planeetta -ytimistä ja tähtien sisätiloista, mutta kun luomme sen uudelleen laboratoriossa, sen lämpötilan mittaaminen on surullisesti vaikeaa.
Käynnistimme tämän projektin tämän haasteen ratkaisemiseksi käyttämällä maailman kirkkainta x - säteilähdettä, SLAC: n kansallisen kiihdyttimen LINAC Coherent Light Source (LCLS), auttaa.
Thomas White:Haluaisin sanoa, että se oli yksinäinen - Wolf Flash of Brilliance, mutta totuudessa idea tuli pitkästä - seisovista turhautumisesta kentällä. Tiesimme, että tarvitsimme parempaa diagnoosia, ja kulta teki ideatesti materiaalista: se hajottaa x - säteitä hyvin ja voidaan helposti tehdä ohuiksi kalvoiksi, joita tarvitaan tähän tekniikkaan. Nevadan yliopiston, Renon, SLAC: n ja muiden kumppaneiden ryhmäryhmämme odotti kullan kuumenevan säteilytyksen alla, mutta erottui siitä, kuinka kuuma kiinteä kiinteä pysyi säilyttäen samalla kiteisen rakenteensa. Jopa näissä äärimmäisissä lämpötiloissa kulta -hila pysyi rakenteellisen järjestyksen odotetun rajan ulkopuolella. Tämä havainto muutti projektimme painopistettä. Se, mikä alkoi käytännöllisenä pyrkimyksenä rakentaa parempaa lämpömittaria, kehittyi syvemmälle tutkinnasta ylikuumenemisesta ja kiinteiden - tilamäärien perusrajoista äärimmäisissä olosuhteissa.
Lfw: Miksi LCLS?
Valkoinen:Kehittämämme menetelmä riippuu pienten muutosten havaitsemisesta siinä, kuinka x - säteet hajottavat atomit materiaaliin. Erityisesti pienet energian muutokset paljastavat ionien lämpötilan. Se ei edellytä vain poikkeuksellisen kirkkaan X - säteiden, mutta myös erittäin kapean kaistanleveyden. Ilmaiset - elektronilaserit, kuten LCLS ja muutama muu, kuten European XFEL, kykenevät ainutlaatuisesti toimittamaan tämän yhdistelmän. Ne ovat jopa miljardi kertaa kirkkaampia kuin mikään synkrotroni, mikä on välttämätöntä, koska epäiltyjä sironta on uskomattoman heikko - vain muutaman fotonin luokkaa laukausta kohti.
Nagler:LCLS on olennaisesti kilometri - pitkä x - säteen laser, joka tässä kokeessa toimii myös kilometrinä - pitkä lämpömittari. Ilman tätä kirkkauden, koherenssin ja spektrin tarkkuuden yhdistelmää tämä mittaus ei yksinkertaisesti olisi mahdollista.
Lfw: Mihin kokeiluun liittyi?
Nagler: Lämmiimme ultrathiinikultakalvoa - vain 50 - nm paksu - käyttämällä taajuutta - kaksinkertaistettu ti: sapphire -laser, joka antoi meille 400 - NM Wavelength Light -tapahtuman pulssien kanssa 45 fs. Huolimatta saavuttamistamme äärimmäisistä lämpötiloista, itse laser ei ollut erityisen voimakas korkean energian tiheysstandardien mukaan. Käytimme vain noin ~ 0,3 MJ pulssia kohti. Se tarkoittaa, että kokeilun lämmitysosa, ylikuumennettu kullan luominen, voisi periaatteessa toistaa monet laserlaboratoriot ympäri maailmaa.
Valkoinen:Mutta mittaamalla luomasi lämpötilan? Se on kova osa. Tätä varten tarvitset ultrabright, kapea - kaistanleveys, femtosecond x - säteet, jotka vain laitokset, kuten LCLS ja muutama muu Xfels, voivat tarjota. Se teki tämän kokeen mahdolliseksi.
Lfw: Mitkä ovat tämän kokeen tärkeimmät takeet? Onko sinulla yllätyksiä?
Nagler:Meille ja kentällemme tärkein takeaway on, että meillä on nyt suora, malli - ilmainen menetelmä ionin lämpötilojen mittaamiseksi aineen äärimmäisissä tiloissa -, joka on ollut pitkä - pysyvä haaste - energia - densiteettifysiikassa. Tekniikka avaa oven tila -osoitukseen tilaa, validoimalla hydrodynaamiset simulaatiot ja tutkimalla aineita, jotka olivat aikaisemmin kokeellisesti ulottumattomissa.
Valkoinen:Todellinen yllätys tuli, kun näimme kuinka pitkälle voisimme työntää vankan ennen kuin se antoi häiriön. Odotimme, että kulta sulaa, kun se ylitti tietyn kynnyksen -, mutta se ei. Kristallilaha, joka pidetään yhdessä lämpötiloissa yli 14x Sulamispisteen - huomattavasti pidemmälle kuin se, mitä tavanomainen termodynamiikka ennustaa. Tämä oli 'aha!' Momentti: Voimme vain ottaa lämpötilaa, vaan järjestelmä itsessään uhmasi odotuksia. Näin toimiessamme löysimme itsemme paitsi diagnostisen haasteen ratkaisemisen lisäksi myös uuden fysiikan paljastamisen, ylikuumenemisen rajojen työntämisen ja oletusten tarkistamisen siitä, milloin ja miten kiinteät aineet sulavat äärimmäisissä olosuhteissa.
Lfw: Miltä tuntui kumota vuosikymmeniä - vanha teoria?
Valkoinen:Se oli hauska ja kiehtova syvä sukellus ylikuumenemisen fysiikkaan, tutkimalla, kuinka pitkälle kiinteää voidaan työntää ennen kuin se hajoaa, ja ymmärtää, että jopa hyvin - vakiintuneet käsitteet tarvitsevat huolellisen uudelleentarkastelua, kun sitä sovelletaan ultra -aktiivisiin, epätasapainoihin.
Nagler:Kyse ei ollut niinkään vuosikymmenien - vanhasta teoriasta kuin se osoitti, että teoria ei välttämättä koske Far - - tasapainotilaa. Alkuperäisessä kehyksessä oletetaan lämpötasapainon järjestelmän, joka lähestyy hitaasti sulamispistettä, jota ei räjäytä femtosekunnin laserpulssi. Olemassa olevan teorian kaatumisen sijasta tämä oli enemmän kuin askel sen alueen ulkopuolelle.
Lfw: Mitä tämä löytö tarkoittaa ylikuumenemiseen?
Nagler:Se osoittaa, että näissä epätasapainotilassa olevassa ylikuumennetussa aineessa voi olla aivan eri tavalla kuin odotit lisää - - -}} - tasapainojärjestelmiä, ja olisi mielenkiintoista tutkia näitä eroja yksityiskohtaisemmin.
Valkoinen:Viime kädessä se avaa uudelleen kysymyksen siitä, onko voimakkaasti ajettujen, far - ylikuumenemisen todellinen raja - tasapainojärjestelmillä vai pystyykö kiinteät aineet pysyä selvästi pidemmälle kuin perinteinen termodynamiikka ennustaa.
