Yn ddiweddar, dangosodd tîm o ymchwilwyr dan arweiniad Bob Nagler a Thomas White ddull newydd i fesur tymheredd atomau o fewn mater trwchus cynnes - trwy fesur cyflymder atomau yn uniongyrchol.
Mae gan ddeunyddiau i gyd doddi a berwbwyntiau penodol, ond gellir eu cynhesu uwch eu pennau nes eu bod yn cyrraedd lefel "trychineb" entropi o doddi a berwi sydyn.
Pan oedd y tîm yn cynhesu aur solet ymhell y tu hwnt i'w derfyn damcaniaethol i 19,000 o kelvins, goroesodd yr entropi trychineb - sy'n awgrymu efallai na fydd terfyn uchaf ar gyfer deunyddiau wedi'u cynhesu os ydyn nhw'n cael eu cynhesu'n ddigon cyflym.
Byd ffocws laser: Syniad pwy oedd hi i uwchgynhesu aur gyda LCLs? Beth wnaeth ei ysbrydoli?
Bob Nagler: Pan aethom ati i wneud yr arbrawf, ein nod oedd datblygu dull newydd i fesur tymheredd y mater trwchus cynnes. Mae'r mater hwn mor drwchus â solid, ond wedi'i gynhesu i ddegau neu gannoedd o filoedd o raddau Kelvin. Rydych chi'n dod o hyd iddo mewn creiddiau planed enfawr a thu mewn serol, ond pan fyddwn yn ei ail -greu yn y labordy, mae mesur ei dymheredd mewn gwirionedd yn anodd iawn.
Lansiwyd y prosiect hwn i fynd i'r afael â'r her hon, gan ddefnyddio ffynhonnell pelydr X - disgleiriaf y byd, ffynhonnell golau cydlynol Linac Cyflymydd Cenedlaethol SLAC (LCLS), i helpu.
Thomas White:Byddwn i wrth fy modd yn dweud ei fod yn unig - fflach blaidd o ddisgleirdeb ond, mewn gwirionedd, daeth y syniad allan o - yn sefyll rhwystredigaethau ar draws y cae. Roeddem yn gwybod bod angen diagnostig gwell arnom, a gwnaeth aur y deunydd prawf syniad: mae'n gwasgaru pelydrau x - yn dda a gellir ei wneud yn hawdd i'r ffoil tenau sy'n ofynnol ar gyfer y dechneg hon. Roedd ein tîm ym Mhrifysgol Nevada, Reno, SLAC, a phartneriaid eraill yn disgwyl i'r aur gynhesu o dan arbelydru, ond yr hyn a oedd yn sefyll allan oedd pa mor boeth yr oedd y solet yn aros wrth gynnal ei strwythur crisialog. Hyd yn oed ar y tymereddau eithafol hyn, parhaodd y dellt aur y tu hwnt i'r terfyn disgwyliedig ar gyfer trefn strwythurol. Newidiodd yr arsylwad hwn ffocws ein prosiect. Esblygodd yr hyn a ddechreuodd fel ymdrech ymarferol i adeiladu thermomedr gwell yn ymchwiliad dyfnach i or -gynhesu a therfynau sylfaenol solid - y wladwriaeth o dan amodau eithafol.
Lfw: Pam LCLS?
GWYN:Mae'r dull a ddatblygwyd gennym yn dibynnu ar ganfod newidiadau bach yn y modd y mae pelydrau x - yn gwasgaru atomau mewn deunydd. Yn benodol, mae sifftiau egni bach yn datgelu tymheredd yr ïonau. Mae angen nid yn unig ffynhonnell hynod ddisglair o belydrau x -, ond hefyd lled band hynod gul. Mae laserau electron - am ddim fel LCLs, ac ychydig o rai eraill fel yr Ewropeaidd XFEL, yn unigryw abl i gyflawni'r cyfuniad hwn. Maent hyd at biliwn o weithiau'n fwy disglair nag unrhyw synchrotron, sy'n hanfodol oherwydd bod y gwasgariad anelastig yn anhygoel o wan - ar drefn ychydig ffotonau yn unig yr ergyd.
Naglwr:Mae LCLS yn y bôn yn gilometr - hir x - laser pelydr sydd, ar gyfer yr arbrawf hwn, hefyd yn gweithredu fel cilomedr - thermomedr hir. Heb y cyfuniad hwn o ddisgleirdeb, cydlyniant a manwl gywirdeb sbectrol, ni fyddai'r mesuriad hwn yn bosibl.
Lfw: Beth oedd eich arbrawf yn ei olygu?
Naglwr: Fe wnaethon ni gynhesu ffoil aur ultrathin - dim ond 50 - nm o drwch - gan ddefnyddio amledd - wedi'i ddyblu ti: laser sapphire, gan roi 400 {- nm o amgylch golau pwls. Er gwaethaf y tymereddau eithafol a gyrhaeddon ni, nid oedd y laser ei hun yn arbennig o bwerus yn ôl safonau dwysedd egni uchel. Dim ond tua ~ 0.3 mj y pwls y gwnaethom ei ddefnyddio. Mae'n golygu y gallai rhan wresogi'r arbrawf, creu aur wedi'i gynhesu,, mewn egwyddor, gael ei atgynhyrchu gan lawer o labordai laser ledled y byd.
GWYN:Ond yn mesur tymheredd yr hyn rydych chi'n ei greu? Dyma'r rhan galed. Ar gyfer hyn, mae angen yr Ultrabright, cul - lled band, femtosecond x - pelydrau y gall cyfleusterau yn unig fel LCLs ac ychydig o Xfels eraill eu darparu. Dyma a wnaeth yr arbrawf hwn yn bosibl.
Lfw: Beth yw siopau tecawê allweddol yr arbrawf hwn? Unrhyw syrpréis?
Naglwr:I ni a'n maes, y tecawê mawr yw bod gennym bellach ddull rhad ac am ddim Model - ar gyfer mesur tymereddau ïon mewn cyflyrau eithafol o fater - sydd wedi bod yn her hirfaith hir - mewn {- egni -}}. Mae'r dechneg yn agor y drws i feincnodi hafaliadau gwladwriaethol, dilysu efelychiadau hydrodynamig, ac archwilio mater o fewn cyfundrefnau a oedd allan o gyrraedd o'r blaen yn arbrofol.
GWYN:Daeth y gwir syndod pan welsom pa mor bell y gallem wthio solid cyn iddo ildio i anhrefn. Roeddem yn disgwyl i'r aur doddi ar ôl iddo groesi trothwy penodol - ond ni wnaeth hynny. Mae'r dellt grisial yn dal gyda'i gilydd ar dymheredd mwy na 14x y pwynt toddi - ymhell y tu hwnt i'r hyn y byddai thermodynameg safonol yn ei ragweld. Hwn oedd yr 'aha!' Munud: Nid yn unig y gallem gymryd y tymheredd, ond roedd y system ei hun yn herio disgwyliadau. Wrth wneud hynny, cawsom ein hunain nid yn unig yn datrys her ddiagnostig, ond hefyd yn datgelu ffiseg newydd, yn gwthio terfynau uwch -gynhesu, ac yn ailedrych ar ragdybiaethau ynghylch pryd a sut mae solidau'n toddi o dan amodau eithafol.
Lfw: Sut deimlad oedd gwrthbrofi degawdau - hen theori?
GWYN:Roedd yn blymio dwfn hwyliog a hynod ddiddorol i ffiseg uwch -gynhesu, gan archwilio pa mor bell y gellir gwthio solid cyn iddo dorri i lawr, a sylweddoli bod angen ailfeddwl gofalus ar gysyniadau sefydledig hyd yn oed yn dda - wrth eu cymhwyso i gyfundrefnau eithafol, dimquilibrium.
Naglwr:Nid oedd yn ymwneud cymaint â gwrthod degawdau - hen theori ag yr oedd yn dangos nad yw'r theori o reidrwydd yn berthnasol i bell - o - cyflyrau uwch -gynhesu ecwilibriwm. Mae'r fframwaith gwreiddiol yn rhagdybio system mewn ecwilibriwm thermol, gan fynd at y pwynt toddi yn araf, nid un wedi'i ffrwydro gan guriad laser femtosecond. Yn lle gwrthdroi theori bresennol, roedd hyn yn debycach i gamu y tu allan i'w barth.
Lfw: Beth mae'r darganfyddiad hwn yn ei olygu ar gyfer uwch -gynhesu?
Naglwr:Mae'n dangos y gall mater uwch -gynhesu yn y taleithiau dimquilibrium hyn ymddwyn yn dra gwahanol nag y byddech chi'n ei ddisgwyl am fwy o redeg - o - y felin - ger - systemau ecwilibriwm a byddai'n ddiddorol archwilio'r gwahaniaethau hyn yn fwy manwl.
GWYN:Yn y pen draw, mae'n ailagor y cwestiwn a oes gwir derfyn i or -gynhesu mewn sy'n cael ei yrru'n ddwys, bell - o systemau ecwilibriwm -, neu a all solidau barhau ymhell y tu hwnt i'r hyn y mae thermodynameg draddodiadol yn ei ragweld.
