ボブ・ナグラーとトーマス・ホワイトが率いる研究者チームは最近、原子の速度を直接測定することにより、温かい密な物質-内の原子の温度を測定する新しい方法を実証しました。
材料はすべて特定の融点と沸点を持っていますが、突然の融解と沸騰のエントロピー「大惨事」レベルに達するまで、それらの上に超熱くすることができます。
チームがその理論的な制限を19,000ケルビンにはるかに超えて固体金を過熱したとき、それはエントロピー大惨事-を生き延びました。
レーザーフォーカスの世界：LCLSを使用した過熱金のアイデアは誰のアイデアでしたか？何がそれに影響を与えましたか？
ボブ・ナグラー: 私たちが実験をするために着手したとき、私たちの目標は、温かい密な物質の温度を測定する新しい方法を開発することでした。この問題は固体と同じくらい密集していますが、数十または数十万のケルビンに加熱されています。巨大な惑星コアと恒星のインテリアでそれを見つけますが、ラボで再作成すると、実際にその温度を測定することは悪名高いほど困難です。
このプロジェクトを開始して、この課題に対処し、世界で最も明るいx -レイソースであるSLAC National AcceleratorのLinac Coherent光源（LCLS）を使用して支援しました。
トーマス・ホワイト：私はそれが唯一の-輝かしい輝きの閃光だったと言いたいのですが、実際には、そのアイデアは、フィールド全体の長い-の不満から生まれました。私たちはより良い診断が必要であることを知っていました、そして、金はアイデアのテスト資料を作りました：それはx {-光線をよく散乱させ、この手法に必要な薄い箔に簡単に作ることができます。ネバダ大学、リノ、SLAC、およびその他のパートナーのチームは、金が照射下で熱くなることを期待していましたが、結晶構造を維持している間、固体がどれほど熱くなったかが目立っていました。これらの極端な温度でさえ、金格子は構造秩序の予想制限を超えて持続しました。この観察結果は、プロジェクトの焦点をシフトしました。より良い温度計を構築するための実践的な努力として始まったものは、極端な条件下での-状態物質の固体の基本的な制限のより深い調査に進化しました。
LFW：なぜLCLS？
白：私たちが開発した方法は、x {-光線が材料で原子を散乱させる方法の小さな変化の検出に依存しています。具体的には、小さなエネルギーシフトにより、イオンの温度が明らかになります。 x -光線の非常に明るいソースだけでなく、非常に狭い帯域幅も必要です。 LCLのようなフリー-電子レーザー、およびヨーロッパのXFELなどの他のいくつかの電子レーザーは、この組み合わせを提供することができます。シンクロトロンよりも最大10億倍明るいです。これは、ショットごとに数光子の順序で非弾性散乱が非常に弱い-であるため、不可欠です。
ナグラー:LCLSは、本質的に1キロメートル-長いx -レーザーであり、この実験では、-長い温度計としても機能します。この輝度、コヒーレンス、スペクトル精度の組み合わせがなければ、この測定は単に不可能です。
LFW：あなたの実験には何が含まれていましたか？
ナグラー: 周波数-を使用して、超緯度のゴールドフォイル- nm - nm厚さを加熱しました。私たちが到達した極端な温度にもかかわらず、レーザー自体は高エネルギー密度の基準では特に強力ではありませんでした。パルスあたり約0.3 mJのみを使用しました。それは、実験の加熱部分、過熱した金の作成が、原則として、世界中の多くのレーザーラボによって再現される可能性があることを意味します。
白：しかし、作成したものの温度を測定しますか？それは難しい部分です。このためには、LCLSや他のいくつかのXFELのような施設のみが提供できる、狭い、狭い-帯域幅、Femtosecond x -光線が必要です。それがこの実験を可能にした理由です。
LFW：この実験の重要なポイントは何ですか？驚きはありますか？
ナグラー:私たちと私たちの分野にとって、主要なポイントは、現在、極端な物質状態でイオン温度を測定するための直接的なモデル-自由な方法を持っていることです。この手法は、状態方程式のベンチマークへの扉を開き、流体力学的シミュレーションを検証し、以前は実験的に届かなかった体制内で物質を調査します。
白：本当に驚きは、障害に屈する前に固体をどれだけ遠くに押すことができるかを見たときに起こりました。特定のしきい値-を超えると、金が溶けると予想していましたが、そうではありませんでした。結晶格子は、標準的な熱力学が予測するものをはるかに超えて、融点-を14倍以上の温度で一緒に保持しています。これは「aha！」でした瞬間：温度をとることができるだけでなく、システム自体が期待に反しました。そうすることで、診断の課題を解決するだけでなく、新しい物理学を明らかにし、過熱の限界を押し広げ、極端な条件下で固形物がいつ、どのように溶けるかについての仮定を再検討しました。
LFW：何十年も-の古い理論を反証するのはどうなりましたか？
白：それは、過熱の物理学に興味があり、魅力的な深い潜り、故障する前に固体を押すことができる距離を探り、超高速の非平衡状態に適用すると、-確立された概念であっても慎重に再考する必要があることに気付きました。
ナグラー:理論が-平衡過熱状態からの遠い-に必ずしも当てはまるわけではないことを示していたため、数十年-の古い理論を反証することではありませんでした。元のフレームワークは、熱平衡状態のシステムを想定しており、フェムト秒レーザーパルスによって爆破されたものではなく、ゆっくりと融点に近づいています。既存の理論を覆す代わりに、これはドメインの外に出るようなものでした。
LFW：この発見は過熱にとって何を意味しますか？
ナグラー:これらの非平衡状態で過熱した物質は、-の-ミルの-ミルの-ミルの-}}}ミルの-}}ミルの-}}}}}ミルの-}}}}ミルの動作が非常に異なって振る舞うことができることを示しており、これらの違いをより詳細に調査することは興味深いことを示しています。
白：最終的に、-均衡システムから、激しく駆動される{-} {- -の平衡システムからの過熱に真の制限があるかどうか、または従来の熱力学が予測するものをはるかに超えて固体が持続できるかどうかの問題を再開します。
