Überhitztes Gold trotzt physikalischem Limit
Ein internationales Team hat in einem Experiment zugleich einen Temperaturrekord gebrochen, eine langjährige Theorie widerlegt und eine neue Methode der Laserspektroskopie für dichte Plasmen eingesetzt.
Wissenschaftler:innen der University of Nevada, Reno, des SLAC National Accelerator Laboratory, der University of Oxford, der Queen’s University Belfast, des European XFEL und der University of Warwick beschossen eine dünne Goldfolie am SLAC National Accelerator Laboratory der Stanford University mit einem leistungsstarken Laser, der nur 50 Billiardstel einer Sekunde lang aktiv war. Die Geschwindigkeit, mit der das Gold erhitzt wurde, scheint der Grund dafür zu sein, dass das Metall festblieb.
In ihrem Paper mit dem Titel „Überhitzung von Gold jenseits der vorhergesagten Entropiekatastrophe“ berichten die Forschenden, wie es ihnen gelungen ist, Gold auf über 19.000 Kelvin zu erhitzen – mehr als das 14-fache seines Schmelzpunkts – ohne dass es seine feste, kristalline Struktur verlor. Das Ergebnis stellt ein bisher als unumstößlich geltendes theoretisches Limit infrage, das als Entropiekatastrophe bekannt ist. Die Theorie der Entropiekatastrophe besagt, der Festkörper könne oberhalb des etwa dreifachen ihrer Schmelztemperatur nicht stabil bleiben und würde sich spontan verflüssigen. Der Schmelzpunkt von Gold liegt bei 1.337 Kelvin. Er wurde in diesem Experiment also weit mehr als verdreifacht.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Limit der Überhitzung von Festkörpern weit höher liegen könnte – oder möglicherweise gar nicht existiert – wenn die Erhitzung schnell genug erfolgt. Die in dieser Studie verwendeten neuen Methoden zur Untersuchung überhitzter Materialien eröffnen der Hochenergie-Dichte-Physik neue Forschungsfelder, beispielsweise in Bereichen wie der Planetenphysik oder der Fusionsenergieforschung. [EuXFEL / dre]
