Bilim insanları, aşırı koşullarda bulunan maddelerin atomik sıcaklığını doğrudan ölçmeyi başararak, katıların ne kadar fazla ısıtılabileceğine dair 40 yıllık fizik teorisini çürüttü. SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı ve diğer kurumların yürüttüğü çalışmada, altın 19.000 Kelvin (14 kat erime noktasının üzerinde) sıcaklığa çıkarıldı, ancak katı halini korudu.
Güneşin plazmasından gezegenlerin iç kısımlarına ve füzyon reaktörlerine kadar bazı maddeler “sıcak yoğun madde” haline gelir. Bu aşırı sıcaklıkları doğrudan ölçmek bilim dünyasının en büyük zorluklarından biri olmuştur.
SLAC'tan bilim insanı Bob Nagler, “Bu sistemlerin yoğunluk ve basınçlarını iyi ölçebiliyoruz ama sıcaklık hep büyük belirsizliklerle tahmin ediliyordu,” diyerek bu sorunun modelleri de geciktirdiğini belirtti.
Nature dergisinde yayımlanan çalışmada, araştırmacılar ilk kez sıcak yoğun maddelerde atomik sıcaklığı doğrudan ölçtü. Önceki yöntemler karmaşık modellere dayanırken, bu yeni yöntem atomların gerçek hızlarını ölçerek sıcaklığı belirliyor. Deneyde katı altın aşırı şekilde ısıtıldı ve 1980’lerden bu yana geçerli olan teoriyi çürüttü.
Araştırma, SLAC'taki MEC (Aşırı Koşullarda Madde) cihazı, Nevada Üniversitesi, Oxford, Princeton, Columbia gibi uluslararası üniversiteler ve araştırma merkezleri iş birliğinde gerçekleştirildi.
SLAC’taki ekip, lazerle altını aşırı ısıttı. Atomlar titreştiğinde, Linac Coherent Light Source (LCLS) ile gönderilen çok parlak X-ışınları bu titreşimlere çarparak frekanslarını kaydırdı. Bu frekans kayması, atomların hızını ve dolayısıyla sıcaklıklarını ortaya çıkardı.
Araştırmacılar, ölçüm tekniğinin işe yaramasının yanı sıra, altının beklenenden çok daha yüksek sıcaklıklara ulaştığını fark etti. Ekipten Tom White, “Amacımız bu değildi ama bilim böyle çalışır; varlığından bile haberdar olmadığınız yeni şeyleri keşfedersiniz,” dedi.
White, "entropi felaketi" olarak bilinen bu sınıra rağmen, altının kristal yapısını koruyarak 19.000 Kelvin sıcaklığa kadar ısıtıldığını belirtti.
Bu hız sayesinde, altın genleşemeden katı halini korudu. Bu da, maddelerin yeterince hızlı ısıtılması durumunda süper ısıtma için üst bir sınır olmayabileceğini gösteriyor.
