 Случайная новость из Архива Воду нагрели до рекордной температуры
16.05.2018
Ученые из немецкого исследовательского центра по физике частиц DESY и Уппсальского университета (Швеция) провели эксперимент по сверхбыстрому нагреванию воды рентгеновским лазером (разером) - и посмотрели, совпадает ли результат с симуляцией.
Обычно нагревание при кипячении воды заключается в передаче молекулам кинетической энергии через вибрацию с помощью конвекции или теплоизлучением. Но в данном случае физики использовали иной метод, где энергия передается через ионизацию одиночными фемтосекундными импульсами рентгеновского лазера на свободных электронах. Это вызывает быструю ионизации с появлением экзотического состояния плазмы, известного как теплое плотное вещество (warm dense matter, WOM).
Теплое плотное вещество (ТПВ) - агрегатное состояние вещества, которое по своим параметрам находится между твердым телом и идеальной плазмой. Оно слишком плотное, чтобы быть описанным как плазма, и слишком горячее, чтобы относиться к физике конденсированных сред. Другими словами, это нечто среднее между плазмой и твердым телом. Оно намного плотнее, чем плазма (от 0,01 до 100 г на см2), а в некоторых случаях имеет удельный вес в два раза больше, чем твердое вещество, из которого получено. В общем, своеобразное вещество Шредингера.
Нынешний эксперимент по получению ТПВ из воды провела группа ученых из Центра исследований лазеров на свободных электронах (CFEL) в DESY. Нагрев молекул с одновременным исследованием состояния проводилось с помощью рентгеновского лазера на свободных электронах в Национальной лаборатории ускорителей SLAC (США). Разер осуществлял чрезвычайно интенсивные сверхкороткие вспышки рентгеновского излучения 6,86 кэВ (более 106 Дж/см2) по струе воды.
Менее чем за 75 фемтосекунд, то есть 75 квинтиллионных долей секунды вода проходит фазовый переход от жидкости к плазме. Плазма - это состояние вещества, в котором электроны удалены из атомов, что приводит к своего рода электрически заряженному газу.
"Но во время превращения жидкости в плазму вода по-прежнему сохраняет плотность жидкости, так как атомы еще не успели значительно переместиться", - объясняет соавтор эксперимента Олоф Йонссон (Olof Jonsson) из Уппсальского университета.
Такое экзотическое состояние материи невозможно найти в естественном состоянии на Земле: "У него такие же характеристики, как у некоторых плазм на Солнце и в газовом гиганте Юпитер, но только более низкая плотность. Между тем оно горячее, чем ядро Земли". Проведение эксперимента именно на воде позволяет лучше узнать о свойствах воды в столь экзотическом состоянии. Это тем более важно, учитывая некоторые действительно уникальные свойства этого вещества:
"Вода действительно странная жидкость, и если бы не ее особенности, то многие вещи на Земле не были бы такими, как они есть, особенно жизнь", - подчеркнул Йонссон. У воды множество аномальных характеристик и свойств, включая плотность, теплоемкость и теплопроводность.
|
