Ce se întâmplă cu aurul atunci când este încălzit dincolo de punctul său de topire?

Aurul face ceva neașteptat atunci când este supraîncălzit. Aurul poate rămâne perfect solid chiar și atunci când este încălzit rapid peste limitele considerate anterior imposibil de depășit, arată un nou studiu internațional. Descoperirea ar putea duce la o reevaluare completă a modului în care materia se comportă în condiții extreme.

Aurul face ceva neașteptat atunci când este încălzit dincolo de punctul său de topire. Cercetătorii au folosit impulsuri laser de intensitate foarte mare și de durată extrem de scurtă pentru a încălzi fragmente subțiri de aur peste așa-numita „catastrofă de entropie” (entropy catastrophe), limita teoretică dincolo de care un solid nu-i mai poate rezista topirii. Această limită este diferită de punctul de topire clasic și se aplică în situații în care fizica devine neconvențională.

• Greșeala pe care o fac fără să știe mulți oameni care suferă de insomnie
• Astronomii au dezvăluit una dintre cele mai primitive stele descoperite vreodată

Fenomenul implicat se numește supraîncălzire (superheating): un solid poate fi încălzit atât de repede încât atomii nu apucă să treacă în starea lichidă. Astfel, cristalele pot rămâne intacte mult după ce temperatura lor obișnuită de topire a fost depășită, deși doar pentru o fracțiune extrem de mică de timp.

Aurul face ceva neașteptat atunci când este supraîncălzit

De obicei, se credea că limita entropiei este de aproximativ trei ori punctul de topire standard. Însă, folosind o nouă metodă de analizare a energiei razelor X reflectate pentru a măsura cu precizie căldura absorbită, cercetătorii au constatat că aurul poate fi încălzit de 14 ori peste această limită înainte să se topească efectiv.

Deși pare incredibil, rezultatele nu contrazic legile termodinamicii. Ele demonstrează doar că, în anumite condiții, procesele se desfășoară atât de rapid încât legile respective nu mai apucă să se manifeste în mod normal. Practic, atomii aurului nu au timp să se rearanjeze într-o stare lichidă, iar energia termică se disipă înainte ca structura să cedeze, scrie Science Alert.

Cercetătorii au reușit să atingă temperaturi de 19.000 Kelvin (aproximativ 18.700°C), iar aurul și-a păstrat forma solidă timp de peste 2 picosecunde (adică două trilionimi de secundă), suficient pentru a le da motiv oamenilor de știință să regândească modelele actuale.

„Această măsurătoare nu doar că depășește limita prezisă a catastrofei de entropie, dar sugerează și un prag mult mai ridicat pentru supraîncălzirea solidelor, rescriind astfel înțelegerea fundamentală asupra stabilității fazei solide în condiții extreme”, au scris autorii în studiu.

Ce putem învăța din acest experiment?

Implicațiile sunt fascinante: este posibil ca unele materiale solide să nu aibă un punct clar de topire, cel puțin atunci când sunt supraîncălzite pe intervale foarte scurte de timp.

„Experimentele noastre demonstrează clar că limita de supraîncălzire propusă anterior poate fi depășită cu mult dacă materialul este încălzit suficient de rapid”, adaugă cercetătorii.

Această nouă înțelegere ar putea fi extrem de utilă în multe domenii, de la coliziunile de asteroizi din spațiu până la funcționarea reactoarelor nucleare pe Pământ, unde încălzirea bruscă este un fenomen frecvent.

Cercetătorii își propun să testeze dacă și alte materiale se comportă similar cu aurul și să investigheze în profunzime catastrofa de entropie, reevaluând practic granițele dintre starea solidă și cea lichidă.

„Poate că am crezut că am rezolvat această problemă în anii ’80, odată cu ideea limitei de supraîncălzire, dar acum cred că întrebarea este din nou deschisă: cât de mult poți încălzi un material înainte să se topească cu adevărat?”, a declarat fizicianul Thomas White, de la Universitatea din Nevada (SUA).

Studiul a fost publicat în revista Nature.

Vă recomandăm să citiți și:

Un asteroid bizar ar putea conține elemente care nu au fost încă descoperite pe Pământ

Test de cultură generală. Ce sunt liniile create pe cer de avioane?

Nou record: a fost construit cel mai precis ceas de până acum

Barajele construite de oameni au modificat polii magnetici ai Pământului