Fizik Kurallarını Zorlayan Keşif: Katı Altın Aşırı Isıtıldı
Bilim dünyasında heyecan yaratan bir gelişmeyle, araştırmacılar katı altını erimeden önce daha önce imkansız olduğu düşünülen sıcaklıklara ulaştırdı. Nevada Üniversitesi’nden Thomas White ve ekibinin liderliğindeki bir çalışma, altını erime sıcaklığının tam 14 katına kadar ısıtarak, “entropi felaketi” olarak bilinen fiziksel sınırı aşmayı başardı. Bu deney, maddelerin faz değiştirme süreçlerine dair anlayışımızı temelden değiştirebilecek potansiyele sahip.
Entropi Felaketi Nedir?
Entropi, en basit tanımıyla bir sistemdeki düzensizliğin bir ölçüsüdür ve Termodinamiğin İkinci Yasası gereği kapalı sistemlerde sürekli artma eğilimindedir. Örneğin, düzenli bir kristal yapıya sahip buz eridiğinde, daha düzensiz olan sıvı suya dönüşür ve entropisi artar. Teorik olarak, bir katıyı erime noktasının çok üzerine kadar ısıtarak entropisini sıvı haldeki eşdeğerine ulaştırmak mümkündür. Bu kritik eşiğe “entropi felaketi” adı verilir ve altın için bu sınır yaklaşık 3.200 santigrat derece olarak hesaplanmıştır.
Ancak bu sınıra ulaşmak, “felaket hiyerarşisi” olarak adlandırılan doğal bir engel nedeniyle son derece zordur. Çünkü madde, bu sıcaklığa ulaşmadan çok daha önce erimeye veya yapısal olarak bozulmaya başlar.
Yüksek Teknolojili Deneyin Perde Arkası
Bu zorluğun üstesinden gelmek için ekip, son derece hassas bir yöntem kullandı. Çalışmada, bir virüsün yaklaşık yarısı kalınlığında, yalnızca 50 nanometrelik altın filmler kullanıldı. Bu ince altın numuneler, 45 femtosaniyelik (saniyenin katrilyonda biri) X-ışını lazer darbeleriyle hedef alındı.
Metaller, pozitif yüklü iyonlar ve onların etrafında serbestçe dolaşan elektronlardan oluşan bir yapıya sahiptir. Lazer ışını bu serbest elektronlara çarptığında, enerji inanılmaz bir hızla tüm yapıya yayıldı. Bu ani enerji transferi, atomların şiddetle titreşmesine neden olarak sıcaklığı dramatik bir şekilde yükseltti.
Sonuçlar ve Geleceğe Etkileri
Ekip, bu süper ısıtma işlemini iki farklı yöntemle tekrarlayarak her ikisinde de entropi felaketi sınırını başarıyla aştı. Bu başarının ardındaki kilit faktör, ısıtma işleminin olağanüstü kısa sürmesiydi. Madde, bu aşırı sıcaklığa ulaşmasına rağmen, atomik yapısı bozulmadan kristal formunu anlık olarak koruyabildi.
Araştırmacılar önemli bir noktaya dikkat çekiyor: Sıcaklık, parçacıkların ortalama hareket hızını temsil eder. Bu deneyde lazerle yaratılan aşırı dengesizlik durumu nedeniyle, ölçülen sıcaklık geleneksel termodinamik denge sıcaklığıyla tam olarak aynı anlama gelmeyebilir.
Yine de bu çığır açan çalışma, maddelerin faz geçişlerinin sınırlarına dair değerli bilgiler sunuyor. Nature dergisinde yayımlanan bulgular, bu tür aşırı koşullar altında maddenin davranışını kontrol etme yeteneğimizi artırabilir ve gelecekte tamamen yeni özelliklere sahip materyallerin üretilmesinin önünü açabilir.