Imaginați-vă că încălziți o bucată de aur la o temperatură de 14 ori mai mare decât punctul său de topire… și o vedeți rămânând perfect solidă. Exact asta au reușit fizicienii americani, răsturnând o teorie fundamentală veche de patru decenii. Descoperirea, realizată aproape întâmplător, schimbă radical modul în care înțelegem materia în condiții extreme și deschide perspective neașteptate pentru fuziunea nucleară.
De generații, fizicienii s-au lovit de o problemă tehnologică frustrantă: cum să măsori cu precizie temperatura materialelor încălzite la sute de mii de grade? Fie că vorbim despre plasma incandescentă din inima Soarelui, despre condițiile infernale din miezul Pământului sau despre reacțiile violente din viitoarele reactoare de fuziune, această „materie densă și fierbinte” își păstrează cu strășnicie secretele termice. Problema nu este doar tehnică — timp de decenii, ea a limitat progresul cercetării fundamentale. Bob Nagler, cercetător la prestigiosul laborator SLAC al Universității Stanford, rezumă frustrarea: „Știm perfect cum să măsurăm densitatea și presiunea acestor sisteme, dar nu și temperatura lor. Modelele noastre teoretice se bazează pe estimări cu marje de eroare uriașe.” Această necunoscută frânează avansul în domenii precum energia de fuziune, astrofizica stelară și geofizica planetară. În esență, cercetătorii navighează orbește prin teritorii esențiale pentru înțelegerea universului.
După aproape un deceniu de eforturi, echipa internațională condusă de Nagler și Tom White (Universitatea din Nevada) a găsit în sfârșit o soluție elegantă. Metoda lor se bazează pe un principiu simplu: viteza de vibrație a atomilor reflectă direct temperatura lor. În experiment, un laser ultra-puternic bombardeză o mostră de aur de grosime nanometrică, punând atomii într-o agitație extremă. În același timp, un fascicul intens de raze X traversează materialul. Razele, reflectate de atomii în vibrație, își modifică ușor frecvența, dezvăluind instant temperatura reală. Metoda evită complet capcanele tradiționale — nu mai e nevoie de calibrări complicate sau de modele aproximative. Măsurarea este directă, precisă și repetabilă, pe un interval de la 1.000 la 500.000 Kelvin.
Inițial, scopul a fost validarea metodei. Însă datele obținute au dezvăluit ceva uluitor: proba de aur a atins 19.000 Kelvin (aproximativ 18.727°C) — de peste 17 ori mai mult decât punctul său de topire de 1.064°C — păstrându-și totuși structura solidă! Fenomenul contrazice flagrant teoria „catastrofei entropice”, potrivit căreia, dincolo de un anumit prag termic, orice material își pierde brusc coeziunea și trece în stare lichidă, apoi gazoasă.
Explicația stă în viteza incredibilă a încălzirii. Prin creșterea temperaturii în câteva trilioane de secundă, cercetătorii au „păcălit” materia: atomii nu au avut timp să se rearanjeze și să-și piardă structura cristalină. „Evident, nu am încălcat a doua lege a termodinamicii”, glumește Tom White. „Am arătat doar că aceste catastrofe pot fi evitate dacă încălzirea este suficient de rapidă.” Cu alte cuvinte, ar putea să nu existe o limită superioară absolută pentru supraîncălzirea materialelor, atâta vreme cât procesul este extrem de rapid.
Descoperirea, publicată în Nature, depășește sfera cercetării fundamentale. Ea promite să transforme abordarea fuziunii nucleare controlate — Sfântul Graal al energiei secolului XXI. În reactoarele de fuziune, țintele combustibile trec prin condiții termice extreme, iar acum temperatura lor poate fi determinată cu o precizie fără precedent. „Când o țintă combustibilă implodează, atinge o stare critică, fierbinte și densă. Pentru a le proiecta eficient, trebuie să știm exact temperaturile la care își schimbă starea. Acum avem acest instrument”, spune Nagler.
Dincolo de fuziune, metoda se poate aplica și la studierea miezului planetelor gigantice, la înțelegerea mecanismelor stelare și la crearea unor materiale cu proprietăți nemaivăzute. Această lucrare arată cum o inovație tehnologică poate declanșa un lanț de descoperiri fundamentale, rescriind modul în care vedem universul fizic.
Poll: Care este impactul descoperirii fizicienilor americani în domeniul măsurării temperaturii materialelor?
Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România
Leave a Reply