Золото, як виявилося, здатне зберігати свою тверду структуру навіть за температур, які в рази перевищують передбачені науковцями межі плавлення. Міжнародна група дослідників провела серію експериментів, у яких ультракороткі лазерні імпульси розігрівали тонкі фрагменти золота до понад 19 000 Кельвінів — це майже 18 700 градусів Цельсія. І попри такі екстремальні умови, золото залишалося твердим принаймні протягом 2 піко-секунд, що примушує наукову спільноту переглянути чинні уявлення про фізику фазових переходів.
Традиційно вважалося, що при досягненні точки, відомої як ентропійна катастрофа, кристалічна решітка руйнується й речовина переходить у рідкий стан. Цей поріг, за розрахунками, мав би становити приблизно триразове перевищення температури плавлення. Але результати нового дослідження показали: золото здатне витримувати температуру, що в 14 разів перевищує цей поріг, залишаючись у твердому стані.
Пояснення криється в явищі супернагріву. Якщо речовину нагрівати надто швидко, атоми просто не встигають упорядковано перейти до рідкої фази. У випадку із золотом енергія розсіюється настільки стрімко, що кристалічна структура на мить “заморожується” в нестабільному, але ще твердому стані.
Вчені підкреслюють, що результати не суперечать законам термодинаміки — радше демонструють обмеження цих законів при надшвидких процесах. І якщо раніше вважалося, що межі супернагріву вже встановлено, тепер це питання знову відкрите.
Ці відкриття мають важливе значення для розуміння надшвидких подій — від зіткнень астероїдів у космосі до роботи ядерних реакторів. Зокрема, тепер можна точніше моделювати поведінку матеріалів за екстремальних умов, що раніше вважалися поза межами твердого стану.
Дослідники планують перевірити, чи здатні інші тверді речовини демонструвати подібну термостійкість. Якщо так, це може суттєво змінити уявлення про фізичні обмеження матерії та способи її застосування в екстремальних середовищах. Дослідження опубліковане в журналі Nature.