Bob Nagler와 Thomas White가 이끄는 연구팀은 최근 원자의 속도를 직접 측정함으로써 따뜻한 밀도가 높은 물질 내에서 원자의 온도를 측정하는 새로운 방법을 보여주었습니다.
재료는 모두 특정 용융 및 비등점을 가지고 있지만, 엔트로피 "재앙"수준의 갑작스런 용융 및 끓는 수준에 도달 할 때까지 그 위에서 과열 될 수 있습니다.
팀이 이론적 인 한계를 넘어서 19,000 켈빈으로의 고형 금을 과열했을 때, 엔트로피 재앙 -에서 살아 남았습니다.
레이저 포커스 세계: LCLS와 금을 과열하는 것은 누구의 아이디어입니까? 무엇이 영감을 얻었습니까?
밥 나글러: 우리가 실험을 시작했을 때, 우리의 목표는 따뜻한 밀도가 높은 물질의 온도를 측정하는 새로운 방법을 개발하는 것이 었습니다. 이 문제는 고체만큼 밀도가 높지만 수십 또는 수십만도까지 가열됩니다. 당신은 거대한 행성 코어와 스텔라 인테리어에서 그것을 발견하지만, 실험실에서 그것을 재현 할 때 실제로 온도를 측정하는 것은 악명 높게 어렵습니다.
우리는 세계에서 가장 밝은 x - Ray Source, SLAC National Accelerator 's Linac Coherent Light Source (LCLS)를 사용 하여이 도전을 해결하기 위해이 프로젝트를 시작했습니다.
토마스 화이트 :나는 그것이 고독한 - Brilliance의 울프 플래시라고 말하고 싶지만 사실, 아이디어는 오랫동안 - 현장에서 좌절감을 느끼게되었습니다. 우리는 더 나은 진단이 필요하다는 것을 알았고 Gold는 아이디어 테스트 자료를 만들었습니다. x - rays를 잘 흩어 지며이 기술에 필요한 얇은 포일로 쉽게 만들 수 있습니다. 네바다 대학교, 리노, SLAC 및 기타 파트너의 우리 팀은 금이 조사하에 가열 될 것으로 예상했지만, 눈에 띄는 것은 결정 구조를 유지하면서 고체가 얼마나 뜨거워 졌는지였습니다. 이러한 극한 온도에서도 금 격자는 구조 순서에 대한 예상 한계를 넘어 지속되었습니다. 이 관찰은 우리 프로젝트의 초점을 바꿨습니다. 더 나은 온도계를 구축하기위한 실질적인 노력으로 시작된 것은 극한 조건 하에서 과열에 대한 더 깊은 조사와 견고한 - 상태 물질의 기본 한계로 발전했습니다.
LFW: 왜 lcls인가?
하얀색:우리가 개발 한 방법은 x -가 재료의 원자에서 흩어져있는 방법의 작은 변화를 감지하는 데 달려 있습니다. 구체적으로, 작은 에너지 이동은 이온의 온도를 나타냅니다. x - 광선의 매우 밝은 소스뿐만 아니라 매우 좁은 대역폭이 필요합니다. LCLS와 같은 전자 레이저 및 유럽 XFEL과 같은 다른 일부는이 조합을 전달할 수 있습니다. 그들은 어떤 싱크로트론보다 최대 10 억 배나 더 밝습니다. 비탄성 산란이 샷 당 몇 개의 광자 순서에있어서 비탄성 산란이 엄청나게 약 -이기 때문에 필수적입니다.
Nagler:lcls는 본질적으로 킬로미터 - long x - Ray Laser입니다.이 실험의 경우 킬로미터 - 긴 온도계 역할을합니다. 이러한 밝기, 일관성 및 스펙트럼 정밀도의 조합이 없으면이 측정은 단순히 불가능합니다.
LFW: 실험은 무엇을 관련 시켰습니까?
Nagler: 우리는 초박형 금 포일 -를 가열했습니다. 단지 50 - nm 두께 - 주파수 - -가 두 배의 Ti : Sapphire 레이저를 사용하여 400 - nm 파장을 약 45 FS로 제공합니다. 우리가 도달 한 극한 온도에도 불구하고, 레이저 자체는 고 에너지 밀도 표준에 의해 특히 강력하지 않았습니다. 우리는 펄스 당 약 ~ 0.3 mj 만 사용했습니다. 그것은 실험의 가열 부분을 의미하며, 과열 된 금의 생성은 원칙적으로 전 세계의 많은 레이저 실험실에 의해 재현 될 수 있습니다.
하얀색:그러나 당신이 만든 것의 온도를 측정합니까? 어려운 부분입니다. 이를 위해서는 LCLS와 같은 시설 및 몇 가지 다른 Xfels 만 제공 할 수있는 whright, 좁은 - 대역폭, Femtosecond x - 광선이 필요합니다. 이 실험을 가능하게 한 것입니다.
LFW:이 실험의 주요 테이크 아웃은 무엇입니까? 놀라움이 있습니까?
Nagler:우리와 우리 분야의 주요 테이크 아웃은 이제 우리가 이제 극한의 물질 상태에서 이온 온도를 측정하기위한 직접적인 모델 - 무료 방법을 가지고 있다는 것입니다. - 높은 - 에너지 - density physics에서 긴 - 스탠딩 도전. 이 기술은 상태 방정식 벤치마킹 방정식, 유체 역학적 시뮬레이션을 검증하며 실험적으로 도달하지 못했던 체제 내에서 문제를 탐색 할 수있는 문을 열어줍니다.
하얀색:우리가 장애를주기 전에 얼마나 멀리 고체를 밀 수 있었는지 보았을 때 정말 놀라움이 나왔습니다. 일단 특정 임계 값 -을 건너면 금이 녹을 것으로 예상했지만 그렇지 않았습니다. 결정 격자는 기온에서 14 배 이상의 융점 - 표준 열역학이 예측하는 것 이상으로 함께 유지됩니다. 이것은 '아하!'였습니다. 순간 : 우리는 온도를 취할 수있을뿐만 아니라 시스템 자체가 기대를 무시했습니다. 그렇게함으로써, 우리는 진단 도전을 해결할뿐만 아니라 새로운 물리학을 발견하고, 과열의 한계를 밀고, 극한 조건에서 언제 어떻게 녹는 지에 대한 가정을 다시 방문했습니다.
LFW: 수십 년 동안 - 오래된 이론을 반증하는 것은 어떤 느낌이 들었습니까?
하얀색:그것은 과열의 물리학에 대한 재미 있고 매혹적인 깊은 다이빙이었고, 고체가 무너지기 전에 단단한 것을 얼마나 멀리 밀 수 있는지 탐구했으며, -조차도 확립 된 개념조차도 초고속의 비 실용 체제에 적용될 때 신중한 생각이 필요하다는 것을 깨달았습니다.
Nagler:- 평형 과열 상태에서 이론이 반드시 {-에 반드시 -에 적용되는 것은 아니라는 것을 보여 주면서 수십 년 동안 - 옛 이론을 반증하는 것이 그리 많지 않았습니다. 원래의 프레임 워크는 펨토초 레이저 펄스에 의해 폭파되지 않은 융점에 천천히 접근하는 열 평형의 시스템을 가정합니다. 기존 이론을 뒤집는 대신, 이것은 도메인 밖에서 스텝하는 것과 비슷했습니다.
LFW:이 발견은 과열의 의미는 무엇입니까?
Nagler:이 비평 형 상태에서 과열 물질은 - 평형 시스템 근처의 - 밀의 -의 더 많은 실행 -에 대해 예상하는 것과 상당히 다르게 행동 할 수 있으며, 이러한 차이를 더 자세히 탐색하는 것이 흥미로울 것입니다.
하얀색:궁극적으로, 그것은 - 평형 시스템에서 강렬한 구동, 멀리 -에서 과열에 대한 진정한 한계가 있는지에 대한 질문을 다시 열어 주거나, 고체가 전통적인 열역학이 예측하는 것 이상으로 지속될 수 있는지 여부.
