ทีมนักวิจัยนำโดย Bob Nagler และ Thomas White เมื่อเร็ว ๆ นี้แสดงให้เห็นถึงวิธีการใหม่ในการวัดอุณหภูมิของอะตอมภายในสสารหนาแน่นอบอุ่น - โดยการวัดความเร็วของอะตอมโดยตรง
วัสดุทั้งหมดมีจุดหลอมละลายและการเดือดที่เฉพาะเจาะจง แต่สามารถร้อนขึ้นเหนือพวกเขาจนกว่าพวกเขาจะไปถึงระดับ "หายนะ" ของเอนโทรปีของการหลอมละลายและเดือดอย่างกะทันหัน
เมื่อทีมทองคำร้อนแรงเหนือขีด จำกัด ทางทฤษฎีถึง 19,000 เคลวินมันรอดชีวิตจากภัยพิบัติเอนโทรปี - ซึ่งแสดงให้เห็นว่าอาจไม่มีขีด จำกัด สูงสุดสำหรับวัสดุที่ร้อนแรงหากพวกเขาถูกอุ่นอย่างรวดเร็วพอ
เลเซอร์โฟกัสโลก: ความคิดของใครที่จะทำให้ทองคำร้อนมากกับ LCLS? อะไรเป็นแรงบันดาลใจ?
Bob Nagler: เมื่อเราออกเดินทางเพื่อทำการทดลองเป้าหมายของเราคือการพัฒนาวิธีการใหม่ในการวัดอุณหภูมิของสสารหนาแน่นอบอุ่น เรื่องนี้มีความหนาแน่นสูงพอ ๆ กับที่แข็ง แต่ร้อนขึ้นถึงหลายแสนองศาเคลวิน คุณพบว่ามันอยู่ในแกนดาวเคราะห์ยักษ์และการตกแต่งภายในที่เป็นตัวเอก แต่เมื่อเราสร้างมันขึ้นมาใหม่ในห้องแล็บจริง ๆ แล้วการวัดอุณหภูมินั้นยากลำบาก
เราเปิดตัวโครงการนี้เพื่อจัดการกับความท้าทายนี้โดยใช้แหล่งกำเนิดรังสี X - แหล่งกำเนิดแสง Linac Coherent Light ของ SLAC National Accelerator (LCLS) เพื่อช่วย
โทมัสไวท์:ฉันชอบที่จะบอกว่ามันเป็นคนโดดเดี่ยว - Wolf Flash แห่ง Brilliance แต่ในความเป็นจริงความคิดออกมาจากความยาว - การยืนผิดหวังทั่วทั้งสนาม เรารู้ว่าเราต้องการการวินิจฉัยที่ดีขึ้นและทองคำทำให้วัสดุทดสอบความคิด: มันทำให้เกิดรังสี x - ได้ดีและสามารถทำลงในฟอยล์บาง ๆ ที่จำเป็นสำหรับเทคนิคนี้ได้อย่างง่ายดาย ทีมงานของเราที่ University of Nevada, Reno, SLAC และพันธมิตรอื่น ๆ คาดหวังว่าทองคำจะร้อนขึ้นภายใต้การฉายรังสี แต่สิ่งที่โดดเด่นคือความร้อนของแข็งยังคงอยู่ในขณะที่ยังคงรักษาโครงสร้างผลึก แม้จะอยู่ที่อุณหภูมิสูงเหล่านี้ขัดแตะทองก็ยังคงอยู่เกินขีด จำกัด ที่คาดไว้สำหรับการสั่งซื้อโครงสร้าง การสังเกตนี้เปลี่ยนจุดสนใจของโครงการของเรา สิ่งที่เริ่มเป็นความพยายามในทางปฏิบัติในการสร้างเทอร์โมมิเตอร์ที่ดีขึ้นพัฒนาไปสู่การตรวจสอบที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นของความร้อนสูงและขีด จำกัด พื้นฐานของความเป็นของแข็ง - สสารของรัฐภายใต้เงื่อนไขที่รุนแรง
LFW: ทำไมต้องเป็น LCLS?
สีขาว:วิธีการที่เราพัฒนาขึ้นอยู่กับการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเล็ก ๆ น้อย ๆ ในวิธีการที่ x - รังสีกระจายอะตอมในวัสดุ โดยเฉพาะการเปลี่ยนแปลงพลังงานขนาดเล็กเผยให้เห็นอุณหภูมิของไอออน มันไม่เพียง แต่ต้องการแหล่งกำเนิดรังสี x - เป็นพิเศษ แต่ยังมีแบนด์วิดท์แคบมาก ฟรี - เลเซอร์อิเล็กตรอนเช่น LCLS และอีกสองสามอย่างเช่น XFEL ยุโรปมีความสามารถในการส่งชุดนี้ พวกเขามีความสว่างกว่าพันล้านเท่าที่ synchrotron ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นเนื่องจากการกระเจิงที่ไม่ยืดหยุ่นนั้นอ่อนแออย่างไม่น่าเชื่อ - ตามลำดับเพียงไม่กี่โฟตอนต่อการยิง
คนนาคเลอร์:LCLS เป็นหลักกิโลเมตร - ยาว x - เรย์เลเซอร์ที่สำหรับการทดลองนี้ยังทำหน้าที่เป็นกิโลเมตร - เทอร์โมมิเตอร์ยาว หากไม่มีการรวมกันของความสว่างการเชื่อมโยงและความแม่นยำของสเปกตรัมนี้การวัดนี้ก็เป็นไปไม่ได้
LFW: การทดลองของคุณเกี่ยวข้องกับอะไร?
คนนาคเลอร์: เราให้ความร้อนฟอยล์ทอง ultrathin - เพียง 50 - nm หนา - โดยใช้ความถี่ - Ti: Sapphire Laser เป็นสองเท่า แม้เราจะไปถึงอุณหภูมิสูง แต่เลเซอร์ก็ไม่ได้ทรงพลังโดยเฉพาะอย่างยิ่งตามมาตรฐานความหนาแน่นพลังงานสูง เราใช้เพียงประมาณ ~ 0.3 MJ ต่อพัลส์ มันหมายถึงส่วนที่ให้ความร้อนของการทดลองการสร้างทองคำร้อนแรงในหลักการสามารถทำซ้ำได้โดยห้องปฏิบัติการเลเซอร์หลายแห่งทั่วโลก
สีขาว:แต่การวัดอุณหภูมิของสิ่งที่คุณสร้าง? มันเป็นส่วนที่ยาก สำหรับสิ่งนี้คุณต้องใช้แบนด์วิดธ์ที่แคบ -, รังสี femtosecond x - รังสีที่มีเฉพาะสิ่งอำนวยความสะดวกเช่น LCLS และ Xfels อื่น ๆ มันคือสิ่งที่ทำให้การทดลองนี้เป็นไปได้
LFW: อะไรคือประเด็นสำคัญของการทดลองนี้? น่าประหลาดใจไหม?
คนนาคเลอร์:สำหรับเราและสาขาของเราสิ่งที่สำคัญคือตอนนี้เรามีวิธีการโดยตรงแบบจำลอง - วิธีฟรีสำหรับการวัดอุณหภูมิไอออนในสถานะที่รุนแรงของสสาร - ซึ่งเป็นความยาว - การยืนอยู่ในความท้าทายสูง - พลังงาน {4} เทคนิคนี้เปิดประตูสู่การเปรียบเทียบสมการของรัฐตรวจสอบความถูกต้องของการจำลองอุทกพลศาสตร์และการสำรวจเรื่องภายในระบอบการปกครองที่ก่อนหน้านี้ไม่สามารถทดลองได้
สีขาว:ความประหลาดใจที่แท้จริงเกิดขึ้นเมื่อเราเห็นว่าเราสามารถผลักดันให้แข็งแกร่งก่อนที่มันจะทำให้เกิดความผิดปกติ เราคาดว่าทองคำจะละลายเมื่อมันข้ามเกณฑ์ที่แน่นอน - แต่มันก็ไม่ได้ ตาข่ายคริสตัลจัดขึ้นร่วมกันที่อุณหภูมิมากกว่า 14x จุดหลอมละลาย - ดีกว่าสิ่งที่เทอร์โมไดนามิกส์มาตรฐานจะทำนาย นี่คือ 'aha!' ช่วงเวลา: ไม่เพียง แต่เราจะใช้อุณหภูมิเท่านั้น แต่ระบบเองก็ท้าทายความคาดหวัง ในการทำเช่นนั้นเราพบว่าตัวเองไม่เพียง แต่แก้ปัญหาการวินิจฉัย แต่ยังเปิดเผยฟิสิกส์ใหม่ผลักดันขีด จำกัด ของความร้อนสูงขึ้นและทบทวนสมมติฐานเกี่ยวกับเวลาและวิธีการละลายของแข็งภายใต้เงื่อนไขที่รุนแรง
LFW: รู้สึกอย่างไรที่จะหักล้างทฤษฎีเก่ามานานหลายทศวรรษ - ทฤษฎีเก่า?
สีขาว:มันเป็นการดำน้ำลึกที่สนุกและน่าหลงใหลในฟิสิกส์ของความร้อนสูงกว่าการสำรวจว่าสามารถผลักของแข็งได้ไกลแค่ไหนก่อนที่มันจะพังลงและตระหนักว่าแม้ - แนวคิดที่จัดตั้งขึ้นจำเป็นต้องคิดใหม่อย่างระมัดระวังเมื่อนำไปใช้กับระบอบการปกครอง
คนนาคเลอร์:มันไม่ได้เกี่ยวกับการพิสูจน์หักล้างทฤษฎีเก่า ๆ หลายสิบปี - ทฤษฎีเก่า ๆ เนื่องจากแสดงให้เห็นว่าทฤษฎีไม่จำเป็นต้องนำไปใช้กับ - จาก - รัฐที่มีความสมดุล เฟรมเวิร์กดั้งเดิมถือว่าระบบในสมดุลความร้อนเข้าใกล้จุดหลอมเหลวอย่างช้าๆไม่ใช่หนึ่งในพัลส์เลเซอร์เลเซอร์ femtosecond แทนที่จะส่งทฤษฎีที่มีอยู่แล้วนี่เป็นเหมือนการก้าวออกไปนอกโดเมน
LFW: การค้นพบนี้มีความหมายอย่างไรสำหรับความร้อนสูงที่สุด?
คนนาคเลอร์:มันแสดงให้เห็นว่าสสารที่มีความร้อนสูงในสถานะที่ไม่มีควิลเบียมเหล่านี้สามารถทำงานได้ค่อนข้างแตกต่างจากที่คุณคาดหวังสำหรับการรันมากขึ้น - ของ - โรงสี - ใกล้ - ระบบสมดุลและมันน่าสนใจที่จะสำรวจความแตกต่างเหล่านี้ในรายละเอียดเพิ่มเติม
สีขาว:ในที่สุดมันก็เปิดคำถามอีกครั้งว่ามีขีด จำกัด ที่แท้จริงในการสร้างความร้อนสูงขึ้นในการขับเคลื่อนอย่างเข้มข้นไกล - จาก - ระบบสมดุลหรือว่าของแข็งสามารถคงอยู่ได้ดีกว่าสิ่งที่เทอร์โมไดนามิกแบบดั้งเดิมทำนาย
