Sciencemag.cz
Doporučujeme
Obyčejná hmota se za extrémních teplot a tlaků, jaké panují např. v jádrech hvězd a planet, chová velmi odlišně od toho, co známe. Fyzika kondenzovaných látek i fyzika plazmatu v takových scénářích často narážejí na své limity. Zejména extrémní stav známý jako teplá hustá hmota (WDM, warm dense matter, s hustotami pevných látek a teplotami 10 000 až milion K) se popisuje dost obtížně a vyžaduje kombinovat oba podobory.
Problém je samozřejmě v pozemských podmínkách takový stav hmoty vůbec vytvořit. Ultrakrátké laserové pulzy s délkou ve femtosekundách (10 na -15 s) však dokážou vznik WDM vyvolat i v laboratoři. Konvenční fyzikální modely, které popisují takové stavy, obvykle předpokládají, že elektrony vybuzené laserovým pulzem dosáhnou rovnováhy během desítek femtosekund, zatímco ionty zůstanou „studené“. Nová studie má ale ukazovat, že to celé funguje jinak. Intenzivní laserové pulzy vedly ke vzniku excitovaných elektronů mědi o teplotě kolem 20 000 K, tedy při teplotě podobné jádru obří planety. Než se měď roztavila jako celek, vědci ještě stihli pořídit snímky elektronů pomocí ultrarychlých rentgenových pulzů z laseru s volnými elektrony (X-ray free electron laser, XFEL).
Studie byla publikována ve Physocal Review Letters, jejím hlavním autorem byl Byoung Ick Cho z korejského Gwangju Institute of Science and Technology. Jedním ze zajímavých výsledků provedených pozorování je to, že při rychlém zahřátí se vazby mezi atomy mědi nejprve asi na jednu biliontinu sekundy (trillionth, 10 na -12 s) zpevnily; vzápětí se kov samozřejmě roztavil. Zjednodušeně by se tedy dalo říct, vzorek ztuhl dříve, než se změnil v kapalinu. Tým provedl podrobnou teoretickou analýzu podpořenou simulacemi, která odhalila, že zatímco některé elektrony byly při tak vysokých teplotách excitovány na vyšší energie, u jiných naopak nastalo silnější přitahování k jádru. „Tento jev byl ve skutečnosti předpovězen již před deseti lety, ale nám se jej nyní poprvé podařilo přímo pozorovat,“ uvedl Byoung Ick Cho.
Výsledky výzkumu mohou mít i praktický význam, zdaleka nejde jen o fungování nitra hvězd. V okamžicích, kdy se materiál začne tavit nebo vypařovat, mohou vznikat dosud neznámé, exotické stavy hmoty. Autoři studie uvádějí možné využití v oborech, jako je jaderná fúze, laserové obrábění nebo dokonce i nanochirurgie.
Jong-Won Lee et al, Investigation of Nonequilibrium Electronic Dynamics of Warm Dense Copper with Femtosecond X-Ray Absorption Spectroscopy, Physical Review Letters (2021). DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.175003
Zdroj: GIST (Gwangju Institute of Science and Technology) / Phys.org
Poznámka PH: Otázka je, co z výše uvedeného platí pouze pro měď a co pro kovy obecně. Z průvodní tiskové zprávy se zdá vyplývat, že mechanismus by měl být obecný alespoň pro ušlechtilé kovy jako celek.
