बॉब नागलर और थॉमस व्हाइट के नेतृत्व में शोधकर्ताओं की एक टीम ने हाल ही में परमाणुओं की गति को मापकर गर्म घने पदार्थ - के भीतर परमाणुओं के तापमान को मापने के लिए एक नई विधि का प्रदर्शन किया।
सामग्री सभी में विशिष्ट पिघलने और उबलते बिंदु होते हैं, लेकिन जब तक वे अचानक पिघलने और उबलते हुए एक एन्ट्रापी "तबाही" स्तर तक नहीं पहुंचते, तब तक उनके ऊपर सुपरहिट किया जा सकता है।
जब टीम ने 19,000 केल्विन्स तक अपनी सैद्धांतिक सीमा से परे ठोस सोने को सुपरहिट किया, तो यह एन्ट्रापी तबाही से बच गया - जो बताता है कि सुपरहिट सामग्री के लिए एक ऊपरी सीमा नहीं हो सकती है यदि वे जल्दी से गर्म हो जाते हैं।
लेजर फोकस वर्ल्ड: LCLS के साथ सुपरहीट गोल्ड का विचार किसका था? क्या प्रेरित किया?
बॉब नागलर: जब हम प्रयोग करने के लिए निर्धारित करते हैं, तो हमारा लक्ष्य गर्म घने मामले के तापमान को मापने के लिए एक नई विधि विकसित करना था। यह मामला एक ठोस के रूप में घना है, लेकिन दसियों या सैकड़ों हजारों डिग्री केल्विन तक गर्म है। आप इसे विशाल ग्रह कोर और तारकीय अंदरूनी हिस्सों में पाते हैं, लेकिन जब हम इसे लैब में फिर से बनाते हैं, तो वास्तव में इसके तापमान को मापना बदनाम होता है।
हमने इस चुनौती को संबोधित करने के लिए इस परियोजना को लॉन्च किया, दुनिया के सबसे उज्ज्वल x - किरण स्रोत, SLAC राष्ट्रीय त्वरक के Linac सुसंगत प्रकाश स्रोत (LCLS) का उपयोग करके मदद करने के लिए।
थॉमस व्हाइट:मुझे यह कहना अच्छा लगेगा कि यह एक अकेला - चमक का वुल्फ फ्लैश था, लेकिन सच में, यह विचार लंबे समय से - पूरे क्षेत्र में खड़ी निराशाओं से निकला। हमें पता था कि हमें एक बेहतर डायग्नोस्टिक की आवश्यकता है, और गोल्ड ने आइडिया टेस्ट सामग्री बनाई: यह एक्स - किरणों को अच्छी तरह से स्कैटर करता है और इस तकनीक के लिए आवश्यक पतली पन्नी में आसानी से बनाया जा सकता है। नेवादा विश्वविद्यालय, रेनो, एसएलएसी, और अन्य भागीदारों में हमारी टीम ने अपेक्षा की कि सोने से विकिरण के तहत गर्मी हो जाएगी, लेकिन जो कुछ भी था, वह यह था कि इसकी क्रिस्टलीय संरचना को बनाए रखने के दौरान ठोस कितना गर्म था। यहां तक कि इन चरम तापमानों पर, सोने की जाली संरचनात्मक क्रम के लिए अपेक्षित सीमा से परे बना रही। इस अवलोकन ने हमारी परियोजना का ध्यान केंद्रित किया। एक बेहतर थर्मामीटर बनाने के लिए एक व्यावहारिक प्रयास के रूप में शुरू हुआ, जो कि सुपरहेटिंग की गहरी जांच में विकसित हुआ और चरम परिस्थितियों में ठोस - राज्य पदार्थ की मौलिक सीमाएं।
एलएफडब्ल्यू: LCLS क्यों?
सफ़ेद:हमने जो विधि विकसित की है, वह कैसे X - एक सामग्री में परमाणुओं से बिखरे हुए किरणों में छोटे परिवर्तनों का पता लगाने पर निर्भर करती है। विशेष रूप से, छोटी ऊर्जा पारियां आयनों के तापमान को प्रकट करती हैं। इसके लिए न केवल x - किरणों के एक असाधारण उज्ज्वल स्रोत की आवश्यकता होती है, बल्कि बेहद संकीर्ण बैंडविड्थ भी है। Free - LCLs जैसे इलेक्ट्रॉन लेजर, और कुछ अन्य जैसे कि यूरोपीय Xfel, इस संयोजन को वितरित करने में विशिष्ट रूप से सक्षम हैं। वे किसी भी सिंक्रोट्रॉन की तुलना में एक अरब गुना तक उज्जवल हैं, जो आवश्यक है क्योंकि इनलेस्टिक बिखरना अविश्वसनीय रूप से कमजोर है - प्रति शॉट केवल कुछ फोटॉनों के आदेश पर।
नाग्लर:LCLS अनिवार्य रूप से एक किलोमीटर - लंबा x - रे लेजर है, जो इस प्रयोग के लिए, एक किलोमीटर - लंबे थर्मामीटर के रूप में भी कार्य करता है। चमक, सुसंगतता और वर्णक्रमीय परिशुद्धता के इस संयोजन के बिना, यह माप केवल संभव नहीं होगा।
एलएफडब्ल्यू: आपके प्रयोग में क्या शामिल था?
नाग्लर: हमने एक अल्ट्रैथिन गोल्ड फ़ॉइल - को गर्म किया, बस 50 - nm मोटी - एक आवृत्ति - का उपयोग करके दोगुनी ti: नीलम लेजर, हमें 400 - nm तरंग दुरुस्तों के साथ 45 fs के साथ। हम जिस चरम तापमान पर पहुंचे, उसके बावजूद, लेजर खुद उच्च-ऊर्जा-घनत्व मानकों द्वारा विशेष रूप से शक्तिशाली नहीं था। हमने केवल ~ 0.3 एमजे प्रति पल्स का उपयोग किया। इसका मतलब है कि प्रयोग का हीटिंग हिस्सा, सुपरहिटेड गोल्ड का निर्माण, सिद्धांत रूप में, दुनिया भर में कई लेजर प्रयोगशालाओं द्वारा पुन: पेश किया जा सकता है।
सफ़ेद:लेकिन आप जो बनाते हैं उसके तापमान को मापना? यह कठिन हिस्सा है। इसके लिए, आपको अल्ट्रैब, संकीर्ण - बैंडविड्थ, फेमटोसेकंड एक्स - किरणें चाहिए, जो केवल एलसीएल और कुछ अन्य एक्सफ़ेल जैसी सुविधाएं प्रदान कर सकती हैं। इसने इस प्रयोग को संभव बनाया।
एलएफडब्ल्यू: इस प्रयोग के प्रमुख takeaways क्या हैं? कोई आश्चर्य?
नाग्लर:हमारे और हमारे क्षेत्र के लिए, प्रमुख टेकअवे यह है कि अब हमारे पास एक सीधा, मॉडल - आयन तापमान को मापने के लिए मुफ्त विधि है, जो कि चरम स्थिति - के चरम राज्यों में आयन तापमान को मापने के लिए है, जो उच्च - उच्च - ऊर्जा - denstry भौतिक विज्ञान में एक लंबी - है। तकनीक राज्य के समीकरणों को बेंचमार्किंग करने के लिए द्वार खोलती है, हाइड्रोडायनामिक सिमुलेशन को मान्य करती है, और उन शासन के भीतर मामले की खोज करती है जो पहले प्रयोगात्मक रूप से पहुंच से बाहर थे।
सफ़ेद:असली आश्चर्य तब आया जब हमने देखा कि विकार को देने से पहले हम एक ठोस को कितनी दूर तक धकेल सकते हैं। हमें उम्मीद थी कि एक बार एक निश्चित सीमा पार करने के बाद सोना पिघल जाएगा - लेकिन यह नहीं था। क्रिस्टल जाली 14x से अधिक तापमान पर एक साथ आयोजित की गई, पिघलने बिंदु - अच्छी तरह से परे मानक थर्मोडायनामिक्स की भविष्यवाणी करेंगे। यह 'अहा!' क्षण: न केवल हम तापमान ले सकते हैं, बल्कि प्रणाली ने खुद को अपेक्षाओं को खारिज कर दिया। ऐसा करने में, हमने खुद को न केवल एक नैदानिक चुनौती को हल करते हुए पाया, बल्कि नई भौतिकी को उजागर किया, सुपरहीटिंग की सीमाओं को धक्का दिया, और चरम परिस्थितियों में कब और कैसे ठोस पिघलते हैं, इसके बारे में मान्यताओं को फिर से देखना।
एलएफडब्ल्यू: एक दशकों - पुराने सिद्धांत को नापसंद करना क्या लगा?
सफ़ेद:यह सुपरहेटिंग के भौतिकी में एक मजेदार और आकर्षक गहरी गोता था, यह पता लगाने से कि इसे टूटने से पहले एक ठोस को कितना धक्का दिया जा सकता है, और यह महसूस करते हुए कि अल्ट्राफास्ट, नोक्विलिब्रियम शासन के लिए लागू होने पर भी अच्छी तरह से - स्थापित अवधारणाओं को सावधानीपूर्वक पुनर्विचार की आवश्यकता है।
नाग्लर:यह एक दशकों - पुराने सिद्धांत को अस्वीकार करने के बारे में इतना नहीं था क्योंकि यह दिखा रहा था कि सिद्धांत जरूरी नहीं कि -} संतुलन सुपरहिट किए गए राज्यों से दूर - पर लागू हो। मूल ढांचा थर्मल संतुलन में एक प्रणाली को मानता है, धीरे -धीरे पिघलने बिंदु के पास पहुंचता है, न कि एक फेमटोसेकंड लेजर पल्स द्वारा ब्लास्ट किया गया। मौजूदा सिद्धांत को पलटने के बजाय, यह अपने डोमेन के बाहर कदम रखने जैसा था।
एलएफडब्ल्यू: इस खोज का सुपरहेटिंग के लिए क्या मतलब है?
नाग्लर:यह दर्शाता है कि इन nonquilibibrium राज्यों में सुपरहिटेड मामला काफी अलग तरह से व्यवहार कर सकता है, जो आप - - - मिल के पास - मिल के पास - संतुलन प्रणालियों के पास -} -} के लिए काफी अलग व्यवहार कर सकते हैं और अधिक विस्तार से इन अंतरों का पता लगाना दिलचस्प होगा।
सफ़ेद:अंततः, यह इस सवाल को फिर से खोल देता है कि क्या - संतुलन प्रणालियों से, दूर - में सुपरहिटिंग के लिए एक सच्ची सीमा है, या क्या ठोस पारंपरिक थर्मोडायनामिक्स की भविष्यवाणी से परे अच्छी तरह से बने रह सकते हैं।
