فیزیک‌دانان با استفاده از لیزرهای غول‌پیکر موفق شدند طلا را تا دمایی باورنکردنی گرم کنند و مدلی قدیمی در فیزیک را زیر و رو کنند.
به گزارش تکراتو و به نقل از gizmodo، گروهی از فیزیک‌دانان در آزمایشگاه ملی SLAC آمریکا برای اولین‌بار توانستند دمای ذرات بسیار داغ طلا را به‌طور مستقیم اندازه‌گیری کنند؛ کاری که می‌تواند پیامدهای مهمی برای ساخت فضاپیماها یا راکتورهای همجوشی هسته‌ای داشته باشد.
در این آزمایش، پژوهشگران با استفاده از لیزرهای قدرتمند، نمونه‌ای از طلا را تا ۱۴ برابر نقطه جوش آن گرم کردند. نتیجه به‌قدری عجیب بود که آن‌ها برای لحظه‌ای فکر کردند قوانین فیزیک را نقض کرده‌اند، اما مشخص شد فقط یک نظریه قدیمی در شیمی فیزیک را رد کرده‌اند.
این پژوهش که در مجله نیچر منتشر شده، نشان می‌دهد که برای نخستین بار امکان اندازه‌گیری مستقیم دمای مواد در شرایط فوق‌العاده شدید فراهم شده است؛ یعنی شرایطی با دمای بسیار بالا، فشار زیاد یا چگالی فوق‌العاده.
در این آزمایش، طلا تا جایی گرم شد که دیگر نه جامد بود و نه مایع، بلکه در وضعیتی عجیب بین این دو قرار گرفت. نتایج نشان دادند که در شرایط خاص، طلا ممکن است هیچ محدودیتی برای گرمایش نداشته باشد. اگر این موضوع درست باشد، کاربردهای زیادی در حوزه‌هایی مثل فضا، اخترفیزیک و شیمی هسته‌ای خواهد داشت.
در این آزمایش، ابتدا با استفاده از لیزر، طلا را تا حدی گرم کردند که ویژگی طبیعی آن برای انبساط مهار شد. سپس با پرتوهای پرقدرت ایکس، نمونه را مورد هدف قرار دادند. با تحلیل تغییرات ایجاد شده در بسامد این پرتوها پس از برخورد به اتم‌های طلا، دمای دقیق ماده محاسبه شد.
ابزار اصلی این آزمایش، دستگاهی به نام شرایط ماده در وضعیت‌های شدید بود که در آزمایشگاه ملی SLAC برای بررسی ماده در دماها و چگالی‌های بسیار بالا مانند مرکز ستارگان و سیارات غول‌پیکر طراحی شده است.
طبق نظریه‌ای شناخته‌شده، طلا نباید بیشتر از سه برابر نقطه جوشش (حدود ۱۰۶۴ درجه سانتی‌گراد) گرم شود، چرا که فراتر از این دما باید به مرحله‌ای برسد که به آن فاجعه آنتروپی گفته می‌شود، یعنی ماده به‌طور کامل از هم می‌پاشد. اما در این پژوهش، طلا تا دمای خیره‌کننده ۱۸۷۲۶ درجه سانتی‌گراد گرم شد، بدون آنکه بلافاصله از بین برود.
توماس وایت، نویسنده اصلی مقاله و فیزیک‌دان دانشگاه نوادا، در گفت‌وگویی با وب‌سایت گیزمودو گفت: وقتی به داده‌ها نگاه کردیم، یکی از اعضای تیم گفت: صبر کنید، این محور درست هست؟ این واقعاً دماش این‌قدر زیاد شده؟
البته باید گفت این وضعیت فوق‌داغ تنها چند تریلیونیم ثانیه دوام آورد و پس از آن طلا منفجر شد. اما همین مدت زمان بسیار کوتاه نیز برای انجام اندازه‌گیری کافی بود. وایت اضافه کرد: اگر بتوانیم جلوی انبساط را بگیریم، از نظر تئوری می‌شود این ماده را تا همیشه گرم نگه داشت.
به گفته باب ناگلر، پژوهشگر ارشد پروژه، گرچه دمای ماده از مفاهیم قدیمی در فیزیک است، اما اندازه‌گیری مستقیم آن همیشه کار دشواری بوده، زیرا اغلب چیزی را اندازه می‌گیریم که دما بر آن اثر می‌گذارد، مثل انبساط جیوه در دماسنج.
همین موضوع باعث می‌شود در شرایط شدید مثل درون ستاره‌ها، نوک فضاپیما یا راکتورهای همجوشی، تعیین دقیق دما بسیار پیچیده باشد.
ناگلر می‌گوید برای بازسازی این شرایط در آزمایشگاه باید دمای واقعی سیستم مورد نظر را بدانیم، وگرنه آزمایش‌ها اعتباری نخواهند داشت. او این وضعیت را شبیه معضل مرغ و تخم‌مرغ توصیف می‌کند.
توماس وایت در ادامه گفت: هیجان‌انگیزترین بخش این پژوهش این است که حالا یک دماسنج واقعی برای آزمایش‌های دیوانه‌وارمان داریم. مثلاً در مرکز احتراق ملی در آزمایشگاه لارنس لیورمور، از سیلندرهای طلایی برای انجام آزمایش‌های همجوشی استفاده می‌شود که با تاباندن پرتو ایکس، واکنش را شروع می‌کنند.
او افزود: حالا حتی داریم به آزمایش‌هایی فکر می‌کنیم که مستقیماً مربوط به همجوشی باشند. اینکه بتوانیم شرایط همجوشی یا موادی که در ساخت راکتورهای همجوشی به‌کار می‌روند را بازسازی کنیم و دمای آن‌ها را اندازه بگیریم، چیزی است که سال‌ها در فیزیک یک سؤال بی‌پاسخ بوده.
این تیم هم‌اکنون در حال بررسی همین روش روی فلزاتی مثل نقره و آهن است و نتایج اولیه نشان می‌دهند که داده‌های امیدبخشی در راه است. به نظر می‌رسد پروژه آن‌ها وارد مرحله داغ و جدی شده است.
