Erin Vudvord, SLAC Milli Sürətləndirici Laboratoriya

Gaby Clark tərəfindən redaktə edilmişdir , Andrew Zinin tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriSLAC-ın Ekstremal Şəraitdə Maddə (MEC) alətinin tədqiqatçıları qızıl nümunəsini qızdırmaq üçün lazerdən istifadə ediblər. Daha sonra nümunədə titrəyən atomların sürətini və beləliklə, temperaturu ölçmək üçün nümunə vasitəsilə Linac Koherent İşıq Mənbəsindən (LCLS) ultraparlaq rentgen şüalarının nəbzini göndərdilər. Kredit: Greg Stewart/SLAC Milli Sürətləndirici Laboratoriya

Həddindən artıq isti materiallarda atom temperaturunun ilk dəfə birbaşa ölçülməsini aparan tədqiqatçılar təsadüfən onilliklər boyu mövcud olan nəzəriyyəni təkzib etdilər və həddindən artıq istiləşmə anlayışımızı təkmilləşdirdilər.

Həqiqətən isti şeylərin temperaturunu ölçmək çox çətindir. İstər günəşimizdəki fırlanan plazma, istər planetlərin nüvəsindəki ekstremal şərait, istərsə də termofuziya reaktorunun içərisindəki əzmə qüvvəsi, alimlərin “isti sıx maddə” adlandırdıqları şey yüz minlərlə Kelvinə çata bilər.

Bu materialların nə qədər isti olduğunu dəqiq bilmək tədqiqatçılar üçün bu cür mürəkkəb sistemləri tam başa düşmək üçün çox vacibdir, lakin bu ölçmələrin aparılması indiyə qədər praktiki olaraq mümkün deyildi.

Enerji Departamentinin SLAC Milli Sürətləndirici Laboratoriyasının əməkdaşı Bob Naqler, “Bizim bu sistemlərin sıxlığını və təzyiqini ölçmək üçün yaxşı üsullarımız var, lakin temperaturu yox” dedi. “Bu tədqiqatlarda temperaturlar həmişə böyük səhv çubuqları ilə təxmin edilir ki, bu da həqiqətən bizim nəzəri modellərimizi dəstəkləyir. Bu, onilliklər boyu davam edən problemdir.”

İndi ilk dəfə olaraq bir qrup tədqiqatçı “ Nature” jurnalında isti sıx maddədəki atomların temperaturunu birbaşa ölçdüklərini bildirir .

Digər üsullar mürəkkəb və təsdiqlənməsi çətin olan modellərə əsaslansa da, bu yeni üsul birbaşa atomların sürətini və buna görə də sistemin temperaturunu ölçür. Artıq onların innovativ metodu dünya haqqında anlayışımızı dəyişir: Eksperimental debütdə komanda bərk qızılı nəzəri həddən çox qızdırdı və gözlənilmədən qırx illik qurulmuş nəzəriyyəni alt-üst etdi.

Nagler və SLAC-ın Ekstremal Şəraitdə Maddə (MEC) alətindəki tədqiqatçılar bu araşdırmaya Reno Nevada Universitetinin fizika üzrə dosenti Tom Uayt ilə birgə rəhbərlik ediblər. Qrupa Belfast Kraliçası Universiteti, Avropa XFEL (Rentgen Sərbəst Elektron Lazeri), Kolumbiya Universiteti, Prinston Universiteti, Oksford Universiteti, Kaliforniya Universiteti, Mersed və Uorvik Universiteti, Koventrinin tədqiqatçıları daxildir.

Temperaturun götürülməsi

Təxminən on ildir ki, bu komanda ekstremal temperaturların ölçülməsi ilə bağlı adi çətinliklərdən , xüsusən də laboratoriyada bu temperaturları yaradan şərtlərin qısa müddətindən və bu mürəkkəb sistemlərin digər materiallara necə təsir etdiyini kalibrləmək çətinliyindən yan keçə bilən bir metod hazırlamaq üzərində işləyirdi.

“Nəhayət, biz birbaşa və birmənalı şəkildə birbaşa ölçmə apardıq, bütün sahəyə tətbiq oluna bilən bir üsul nümayiş etdirdik” dedi Uayt.

Ekstremal şəraitdə – planetlərin qəlbində və ya partlayan ulduzlarda olduğu kimi – materiallar unikal xüsusiyyətlərə malik digər ekzotik fazalara daxil ola bilər. SLAC-da tədqiqatçılar indiyə qədər yaradılmış maddənin ən ekstremal və ekzotik formalarını təfərrüatı ilə öyrənirlər.

SLAC-ın MEC alətində komanda qızıl nümunəsini qızdırmaq üçün lazerdən istifadə etdi. Nanometr nazik nümunədən istilik çaxdıqca, onun atomları yüksələn temperaturla birbaşa əlaqəli sürətlə titrəməyə başladı. Komanda daha sonra həddindən artıq qızdırılan nümunə vasitəsilə Linac Coherent Light Mənbəsindən (LCLS) ultraparlaq rentgen şüalarının nəbzini göndərdi. Titrəmə edən atomları səpələdikcə, rentgen şüalarının tezliyi bir qədər dəyişdi, atomların sürətini və beləliklə də onların temperaturunu ortaya qoydu.

SLAC-ın Yüksək Enerji Sıxlığı Elm bölməsinin direktoru və məqalənin həmmüəllifi Siegfried Glenzer, “Bu tədqiqatda hazırlanmış yeni temperatur ölçmə texnikası LCLS-nin lazerlə qızdırılan maddə tədqiqatının sərhəddində olduğunu nümayiş etdirir” dedi. “Bu yenilikçi üsullarla birləşdirilən LCLS yüksək enerji sıxlığı elminin və inertial birləşmə kimi transformativ tətbiqlərin inkişafında mühüm rol oynayır.”

Komanda bu texnikanı uğurla nümayiş etdirdiyinə görə çox sevindi və onlar məlumatlara daha dərindən nəzər saldıqda daha da maraqlı bir şey kəşf etdilər.

“Bu həddindən artıq qızdırılan bərk cisimlərdə əvvəlcə gözlədiyimizdən çox daha yüksək temperatur tapdığımıza təəccübləndik, bu, 1980-ci illərdən bəri mövcud olan nəzəriyyəni təkzib edir” dedi Uayt. “Bu, bizim ilkin məqsədimiz deyildi, amma elm bundan ibarətdir – mövcudluğunu bilmədiyiniz yeni şeyləri kəşf etmək.”Eksperimental qurğunun diaqramı. Kredit: Təbiət (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09253-y

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .

Entropiya fəlakətindən sağ çıxmaq

Hər bir materialın xüsusi ərimə və qaynama nöqtələri var, bu da müvafiq olaraq bərkdən mayeyə və mayedən qaza keçidi qeyd edir. Bununla belə, istisnalar var. Məsələn, mikrodalğalı sobada bir stəkan su kimi çox hamar qablarda su sürətlə qızdırıldıqda, əslində qaynamadan 212 dərəcə Fahrenheitdən (100 dərəcə Selsi) yuxarı olan temperatura çata bilər. Bu, qabarcıq meydana gəlməsini tetikleyen kobud səthlərin və ya çirklərin olmadığı üçün baş verir.

Lakin təbiətin bu hiyləsi artan risklə gəlir: Sistem normal ərimə və qaynama nöqtələrindən nə qədər uzaqlaşarsa, elm adamlarının fəlakət adlandırdıqları şeyə – cüzi ətraf mühit dəyişikliyi nəticəsində yaranan ərimə və ya qaynama prosesinə bir o qədər həssas olur. Məsələn, mikrodalğalı sobada çox qızdırılan su narahat olduqda partlayıcı şəkildə qaynayacaq və potensial olaraq ciddi yanıqlara səbəb olacaqdır.

Bəzi eksperimentlər materialların sürətlə qızdırılması ilə bu vasitəçi hədləri keçməyin mümkün olduğunu göstərsə də, “entropiya fəlakəti hələ də son sərhəd kimi nəzərdən keçirilirdi” dedi Uayt.

Bu yaxınlarda apardıqları araşdırmada komanda qızılın bərk kristal quruluşunu qoruyarkən heyrətamiz 19.000 kelvinə (33.740 dərəcə Fahrenheit) – ərimə nöqtəsindən 14 dəfə çox və təklif olunan entropiya fəlakət həddini aşaraq – həddindən artıq qızdırıldığını aşkar etdi.

“Termodinamikanın İkinci Qanununu pozmadığımızı aydınlaşdırmaq vacibdir” dedi Uayt gülərək. “Nümayiş etdiyimiz şey, materialların çox tez qızdırıldığı təqdirdə bu fəlakətlərin qarşısını almaq olar – bizim vəziyyətimizdə saniyənin trilyonda biri”.

Tədqiqatçılar hesab edirlər ki, sürətli qızdırma qızılın genişlənməsinə mane olub, onun bərk vəziyyətini saxlamağa imkan verib. Tapıntılar, kifayət qədər tez qızdırıldığı təqdirdə həddindən artıq qızdırılan materiallar üçün yuxarı hədd olmaya biləcəyini göstərir.

Fusion və kənarda

SLAC füzyon elektrik stansiyaları və füzyon yanacağı hədəfləri üçün materiallar üzərində tədqiqat aparmağa, həmçinin füzyon reaksiyalarının atom səviyyəsində müşahidələrinə imkan verir.

Naqler qeyd edib ki, isti sıx maddəni tədqiq edən tədqiqatçılar, temperaturun birbaşa ölçülməsi üçün etibarlı bir metodun olmaması səbəbindən illərdir ki, fərqinə varmadan entropiya fəlakəti həddini keçiblər.

“Əgər bu texnikadan istifadə etdiyimiz ilk təcrübəmiz qurulmuş elm üçün böyük problemə səbəb oldusa, mən başqa hansı kəşflərin gözlədiyini görmək üçün səbirsizlənirəm” dedi Naqler.

Yalnız bir misal olaraq, Uayt və Naqlerin komandaları bu yay planetlərin dərinliklərindəki şərtləri təkrarlamaq üçün şokla sıxılmış materialların temperaturunu öyrənmək üçün bu üsuldan istifadə etdilər.

Nagler həmçinin SLAC-da davam edən inertial sintez enerjisi tədqiqatlarına atom temperaturlarını 1000 ilə 500.000 kelvin arasında təyin edə bilən yeni texnikanı tətbiq etməyə can atır.

“Füzyon yanacağı hədəfi füzyon reaktorunda partladıqda , hədəflər isti sıx vəziyyətdədir” dedi Nagler. “Faydalı hədəfləri tərtib etmək üçün onların hansı temperaturda mühüm vəziyyət dəyişikliklərinə məruz qalacağını bilməliyik. İndi, nəhayət, bu ölçmələri etmək üçün bir yolumuz var.”

Daha çox məlumat: Thomas G. White et al, Proqnozlaşdırılan entropiya fəlakət həddini aşan qızılın qızdırılması, Təbiət (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09253-y

Jurnal məlumatı: Təbiət 

SLAC Milli Sürətləndirici Laboratoriya tərəfindən təmin edilmişdir