MADRID, 18 (EUROPA PRESS)
Per la prima volta, i ricercatori hanno misurato le temperature atomiche nella materia estrema, rivelando che l'oro sopravvive a 19.000 Kelvin (18.726 Celsius), più di 14 volte il suo punto di fusione.
Misurare la temperatura di oggetti veramente caldi è notoriamente difficile. Che si tratti del plasma turbolento del nostro Sole, delle condizioni estreme nel nucleo dei pianeti o delle forze di compressione all'interno di un reattore a fusione, quella che gli scienziati chiamano "materia calda e densa" può raggiungere centinaia di migliaia di gradi Kelvin.
Conoscere con precisione la temperatura di questi materiali è fondamentale affinché i ricercatori possano comprendere appieno questi sistemi complessi, ma finora effettuare queste misurazioni è stato praticamente impossibile.
"Abbiamo buone tecniche per misurare la densità e la pressione di questi sistemi, ma non la temperatura", ha dichiarato Bob Nagler, scienziato presso lo SLAC National Accelerator Laboratory negli Stati Uniti. "In questi studi, le temperature sono sempre stime con ampi margini di errore, il che in realtà rafforza i nostri modelli teorici. Questo è un problema da decenni."
Ora, per la prima volta, un team di ricercatori riporta sulla rivista Nature di aver misurato direttamente la temperatura degli atomi in materia calda e densa. Mentre altri metodi si basano su modelli complessi e difficili da convalidare, questo nuovo metodo misura direttamente la velocità degli atomi e, di conseguenza, la temperatura del sistema. Nel loro debutto sperimentale, il team ha surriscaldato l'oro massiccio ben oltre il limite teorico, rivoluzionando inaspettatamente quattro decenni di teoria consolidata, secondo gli autori.
Per quasi un decennio, questo team ha lavorato per sviluppare un metodo che evitasse le comuni sfide della misurazione di temperature estreme, in particolare la breve durata delle condizioni che generano tali temperature in laboratorio e la difficoltà di calibrare l'effetto di questi sistemi complessi su altri materiali. "Finalmente, abbiamo effettuato una misurazione diretta e inequivocabile, dimostrando un metodo applicabile a tutto il settore", ha affermato White.
Utilizzando lo strumento MEC dello SLAC, il team ha utilizzato un laser per surriscaldare un campione d'oro. Mentre il calore attraversava il campione nanometrico, i suoi atomi hanno iniziato a vibrare a una velocità direttamente proporzionale all'aumento di temperatura. Il team ha quindi inviato un impulso di raggi X ultra-brillanti dalla sorgente di luce coerente Linac (LCLS) attraverso il campione surriscaldato. Mentre si diffondevano dagli atomi in vibrazione, la frequenza dei raggi X si è leggermente spostata, rivelando la velocità degli atomi e quindi le loro temperature.
CONFUTA LA TEORIA DEL 1980
"Siamo rimasti sorpresi nel trovare una temperatura molto più alta in questi solidi surriscaldati di quanto inizialmente previsto, il che confuta una teoria sostenuta da tempo negli anni '80", ha affermato White. "Non era questo il nostro obiettivo iniziale, ma è proprio questo lo scopo della scienza: scoprire cose nuove che non conoscevamo".
Ogni materiale ha punti di fusione e di ebollizione specifici, che segnano rispettivamente la transizione da solido a liquido e da liquido a gas. Tuttavia, esistono delle eccezioni. Ad esempio, quando l'acqua viene riscaldata rapidamente in contenitori molto lisci, come un bicchiere d'acqua in un microonde, può surriscaldarsi, raggiungendo temperature superiori a 100 gradi Celsius senza bollire. Questo accade perché non ci sono superfici ruvide o impurità che possano causare la formazione di bolle.
Ma questo inganno della natura comporta un rischio maggiore: più un sistema si allontana dai suoi normali punti di fusione ed ebollizione, più è vulnerabile a quella che gli scienziati chiamano una catastrofe: un'improvvisa insorgenza di fusione o ebollizione innescata da un lieve cambiamento ambientale. Ad esempio, l'acqua surriscaldata in un forno a microonde bolle in modo esplosivo se agitata, causando potenzialmente gravi ustioni.
Sebbene alcuni esperimenti abbiano dimostrato che è possibile superare questi limiti intermedi riscaldando rapidamente i materiali, "la catastrofe entropica era ancora considerata il limite massimo", ha spiegato White.
Nel loro recente studio, il team ha scoperto che l'oro era stato surriscaldato fino alla sorprendente temperatura di 19.000 kelvin (18.726 gradi Celsius), più di 14 volte il suo punto di fusione e ben oltre il limite proposto per la catastrofe entropica, mantenendo al contempo la sua forte struttura cristallina.
I ricercatori ritengono che il riscaldamento rapido abbia impedito all'oro di espandersi, consentendogli di rimanere solido. I risultati suggeriscono che potrebbe non esserci un limite superiore per i materiali surriscaldati se riscaldati abbastanza rapidamente.
