Materialul în condiții extreme de temperatură și presiune extrem de ridicată se dovedește a fi remarcabil de simplu și universal

Oamenii de știință de la Universitatea Queen Mary din Londra au făcut două descoperiri despre comportamentul „materiei supercritice” – materie în punctul critic în care diferențele dintre lichide și gaze par să dispară.

În timp ce comportamentul materiei la temperatură și presiune destul de scăzută a fost bine înțeles, imaginea materiei la temperatură și presiune ridicată a fost neclară. Deasupra punctului critic, diferențele dintre lichide și gaze par să dispară, iar supercriticul se crede că devine fierbinte, dens și omogen.

Cercetătorii cred că există o nouă fizică a materiei în stare supercritică, dar nedezvăluită.

Prin aplicarea a doi parametri – Capacitate termica Și la lungimea la care undele se pot propaga în sistem, au făcut două descoperiri principale. În primul rând, constată că există o constantă reflecţie Punctul dintre cele două în care o substanță își schimbă proprietățile fizice – de la lichid la asemănător gazului. De asemenea, ei constată că acest punct de inflexiune este remarcabil de apropiat în toate sistemele studiate, spunându-ne că materia supercritică este intrigant de simplă și susceptibilă de noi înțelegeri.

Pe lângă o înțelegere de bază a stărilor materiei și o diagramă de tranziție de fază, o înțelegere a materiei supercritice are multe aplicații practice; Hidrogenul și heliul sunt supercritice pe planetele gigantice gazoase precum Jupiter și Saturn și, astfel, le controlează proprietățile fizice. În aplicațiile ecologice, fluide supercritice De asemenea, sa dovedit extrem de eficient în distrugerea deșeurilor periculoase, dar inginerii doresc din ce în ce mai mult îndrumări în teorie pentru a îmbunătăți eficiența operațiunilor supercritice.

Kostya Trachenko, profesor de fizică la Universitatea Queen Mary din Londra, a declarat: „Universalitatea dovedită a materiei supercritice deschide calea către o nouă imagine transparentă din punct de vedere fizic a materiei în condiții extreme. Aceasta este o perspectivă interesantă din punct de vedere fundamental. În pe lângă înțelegerea și prezicerea proprietăților supercritice în aplicațiile mediului verde.astronomie și alte domenii.

„Această călătorie este în desfășurare și este probabil să vadă evoluții interesante în viitor. De exemplu, pune sub semnul întrebării dacă un punct de inflexiune staționar este legat de tranzițiile tradiționale de fază de ordin superior? Poate fi descris folosind ideile actuale încorporate în teoria tranziției de fază , sau este nevoie de Pentru ceva complet nou și diferit? Pe măsură ce depășim limitele a ceea ce este cunoscut, putem identifica aceste noi întrebări interesante și începem să căutăm răspunsuri.”

metodologie

Principala problemă în înțelegerea materiei supercritice a fost că teoriile despre gaze, lichide și solide nu erau aplicabile. Rămâne neclar ce parametri fizici vor dezvălui cele mai proeminente caracteristici ale stării supercritice.

Înarmați cu o înțelegere timpurie a fluidelor la temperaturi și presiuni scăzute, cercetătorii au folosit doi parametri pentru a descrie un supercritic.

1. Primul parametru este o proprietate folosită în mod obișnuit: aceasta este capacitatea termică care arată cât de eficient sistemul absoarbe căldura și conține informații de bază despre gradele de libertate ale sistemului.

2. Al doilea parametru este mai rar întâlnit: lungimea pe care se pot propaga undele în sistem. Această lungime controlează spațiul de fază disponibil pentru fononi. Când această lungime atinge cea mai mică valoare posibilă și devine egală cu separarea atomilor, se întâmplă ceva cu adevărat interesant.

Savanții au descoperit că, în ceea ce privește acești doi parametri, problema în conditii grele Presiunea și temperatura mai ridicate devin remarcabil de globale.

Această universalitate este dublă. În primul rând, graficul amplitudinii căldurii în funcție de lungimea de propagare a undei are un punct fix de inflexiune uimitor care corespunde tranziției dintre două stări supercritice diferite din punct de vedere fizic: o stare asemănătoare lichidului și o stare asemănătoare gazului. La traversarea acestui punct de reflexie, substanța supercritică își schimbă comutatorul proprietăți fizice. Punctul de inflexiune servește în mod important ca o modalitate clară de a separa cele două stări – ceva care a ocupat mințile oamenilor de știință de ceva timp.

În al doilea rând, locația acestui punct de inflexiune este remarcabil de apropiată în toate tipurile de sisteme studiate. Această a doua lume diferă semnificativ de toate celelalte puncte de tranziție cunoscute. De exemplu, două dintre aceste puncte de tranziție – punctul triplu în care cele trei stări ale materiei (lichid, gaz și solid) coexistă și există punct critic Unde se termină linia de fierbere gaz-lichid – variază în diferite sisteme. Pe de altă parte, același punct de inflexiune în toate sistemele în condiții supercritice extreme ne spune că problema Este intrigant de simplu.

Dezvăluirea și demonstrarea acestei simplități este principala constatare a lucrării, „Dubla universalitate a tranziției în stare super criticapostat în progresul științei.