Фізики нагріли воду до рекордної температури


Опубликованно 08.08.2018 04:10

Фізики нагріли воду до рекордної температури

Вчені з німецького дослідницького центру з фізики частинок DESY і Уппсальського університету (Швеція) провели експеримент за сверхбыстрому нагрівання води рентгенівським лазером (разером) - і подивилися, чи збігається результат з симуляцією.

Зазвичай нагрівання при кип'ятінні води полягає в передачі кінетичної енергії молекул через вібрацію з допомогою конвекції або теплоизлучением. Але в даному випадку фізики використовували інший метод, де енергія передається через іонізацію поодинокими фемтосекундными імпульсами рентгенівського лазера на вільних електронах. Це викликає швидку іонізації з появою екзотичного стану плазми, відомого як тепле щільне речовина (warm dense matter, WOM).

Тепле щільне речовина (ТПВ) - агрегатний стан речовини, яка за своїми параметрами знаходиться між твердим тілом і ідеальної плазмою. Воно занадто щільне, щоб бути описаним як плазма, і занадто гаряче, щоб ставитися до фізики конденсованих середовищ. Іншими словами, це щось середнє між плазмою і твердим тілом. Воно набагато щільніше, ніж плазма (від 0,01 до 100 г на см3), а в деяких випадках має питому вагу в два рази більше, ніж тверда речовина, з якого отримано. Загалом, своєрідне речовина Шредінгера.

Нинішній експеримент з отримання ТПВ з води провела група вчених з Центру досліджень лазерів на вільних електронах (CFEL) в DESY. Нагрівання молекул з одночасним дослідженням стану проводилося за допомогою рентгенівського лазера на вільних електронах в Національній лабораторії прискорювачів SLAC (США). Разер здійснював надзвичайно інтенсивні надкороткі спалахи рентгенівського випромінювання 6,86 кев (більше 106 Дж/см2) за струмені води.

Менш ніж за 75 фемтосекунд, тобто 75 квинтиллионных часток секунди вода проходить фазовий перехід від рідини до плазмі. Плазма — це стан речовини, у якому електрони видалені з атомів, що призводить до свого роду електрично зарядженого газу.

"Але під час перетворення рідини в плазму вода як і раніше зберігає щільність рідини, так як атоми ще не встигли значно переміститися», — пояснює співавтор експерименту Олоф Йонссон (Olof J?nsson) з Уппсальського університету. Таке екзотичне стан матерії неможливо знайти в природному стані на Землі: "У нього такі ж характеристики, як у деяких плазм на Сонці і в газовому гіганті Юпітер, але тільки більш низька щільність. Між тим воно гаряче, ніж ядро Землі".Проведення експерименту саме на воді дозволяє краще дізнатися про властивості води в настільки екзотичному стані. Це тим більш важливо, враховуючи деякі дійсно унікальні властивості цієї речовини: Вода дійсно дивна рідина, і якщо б не її особливості, то багато речей на Землі не були б такими, як вони є, особливо життя", - підкреслив Йонссон. У води безліч аномальних характеристик і властивостей, включаючи щільність, теплоємність та теплопровідність. У дослідницькому центрі з фізики частинок DESY планують більш уважно вивчити аномалії води в рамках проектів майбутнього Центру науки про воді (Centre for Water Science), який планується відкрити в DESY.



Категория: Новости