الذهب يتحدى الانصهار ويحطم فيزياء “كارثة الإنتروبيا”

كريترنيوز/ متابعات /السيد محمود المتولي

قلب الذهب نظرية فيزيائية رأساً على عقب بتحمله درجة حرارة عالية بصورة خيالية ولم ينصهر، وقام فيزيائيون بتسخين الذهب إلى أكثر من 19,000 كلفن، أي أكثر من 14 ضعف درجة انصهاره، دون إذابته، محطمين بذلك نظرية فزيائية تسمى حد “كارثة الإنتروبيا” السائد منذ زمن طويل.
وعن طريق استخدام نبضة ليزر فائقة السرعة في مصدر الضوء المتماسك الخطي التابع لمركز SLAC، تم الحفاظ على بلورة الذهب عند درجة حرارة عالية، وهو ما يفتح آفاقاً جديدة في فيزياء كثافة الطاقة العالية، وأبحاث الاندماج، وعلوم الكواكب.
تحطيم رقم قياسي

نجح علماء في وقت واحد في تحطيم الرقم القياسي لدرجات الحرارة، وقلب نظرية قائمة منذ فترة طويلة، واستخدام طريقة جديدة للتحليل الطيفي بالليزر للبلازما الكثيفة.
ونشر المقال في 23 يوليو في مجلة Nature تحت عنوان “تسخين الذهب إلى ما يتجاوز عتبة الكارثة المتوقعة في الإنتروبيا”، كشف علماء الفيزياء أنهم تمكنوا من تسخين الذهب إلى أكثر من 19 ألف كلفن (33740 درجة فهرنهايت)، أي ما يزيد عن 14 مرة من نقطة انصهاره، دون أن يفقد بنيته البلورية الصلبة.
وقال توماس وايت، المؤلف الرئيسي وأستاذ الفيزياء بكليمنز-ماجي في جامعة نيفادا في رينو: “ربما تكون هذه المادة البلورية الأكثر سخونة على الإطلاق”.
الإطاحة بنظرية قديمة

تُلغي هذه النتيجة الحد النظري المُعتمَد منذ زمن طويل، والمعروف باسم كارثة الإنتروبيا والتي تنص على أن المواد الصلبة لا يُمكن أن تبقى مستقرة فوق درجة حرارة انصهارها بثلاثة أضعاف تقريباً دون أن تنصهر تلقائياً. تضاعفت درجة انصهار الذهب، البالغة 1337 كلفن (1947 درجة فهرنهايت)، بأكثر من ثلاثة أضعاف في هذه التجربة التي أُجريت باستخدام ليزر فائق القوة في مختبر SLAC الوطني للمسرّعات بجامعة ستانفورد.
وقال وايت “كنت أتوقع أن ترتفع درجة حرارة الذهب بشكل كبير قبل أن يذوب، ولكنني لم أتوقع ارتفاع درجة الحرارة بمقدار أربعة عشر ضعفاً”.
لتسخين الذهب، صمم باحثون من جامعة نيفادا، رينو، ومختبر SLAC الوطني للمسرعات، وجامعة أكسفورد، وجامعة كوينز في بلفاست، والمركز الأوروبي لتصوير الجسيمات المشحونة بالفلور (XFEL)، وجامعة وارويك، تجربة لتسخين رقاقة رقيقة من الذهب باستخدام ليزر مُشعّ لمدة 50 كوادريليون من الثانية (واحد من مليون من المليار). ويبدو أن سرعة تسخين الذهب هي سبب بقائه صلباً.
نتائج

وتشير النتائج إلى أن حدّ فرط تسخين المواد الصلبة قد يكون أعلى بكثير – أو غير موجود – إذا حدث التسخين بسرعة كافية، وتفتح الطرق الجديدة المستخدمة في هذه الدراسة مجال فيزياء كثافة الطاقة العالية لمزيد من الاستكشاف، بما في ذلك في مجالات فيزياء الكواكب وأبحاث طاقة الاندماج.
كان وايت وفريقه يتوقعون أن الذهب سوف يذوب عند نقطة انصهاره، ولكن لقياس درجة الحرارة داخل رقاقة الذهب، فإنهم سيحتاجون إلى مقياس حرارة خاص للغاية، تم استخدام مصدر الضوء المتماسك الخطي، وهو ليزر أشعة سينية بطول 3 كيلومترات في مركز SLAC، كأكبر مقياس حرارة في العالم، وفقًا لما قاله وايت. وأضاف: “هذا سمح لنا بقياس درجة الحرارة داخل البلازما الكثيفة لأول مرة، وهو أمر لم يكن ممكنًا من قبل”.