Учёные из Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Калифорнии впервые напрямую измерили температуру атомов в так называемом «тёплом плотном веществе» — состоянии материи, встречающемся в недрах планет, в звёздах и в установках для ядерного синтеза.

Статья об этом открытии опубликована в журнале Nature.

До этого момента температура подобных систем оставалась лишь приблизительной оценкой с огромной погрешностью.

В эксперименте исследователи с помощью лазера сверхбыстро нагрели образец золота, а затем пропустили через него ультраяркий рентгеновский импульс из лазера LCLS. По смещению частоты рентгеновских лучей, рассеивающихся на вибрирующих атомах, удалось напрямую определить их скорость, а значит — и температуру. Результат оказался ошеломляющим: золото разогрелось до 19 000 кельвинов, что более чем в 14 раз превышает его точку плавления, и при этом сохранило твёрдую кристаллическую структуру.

Такой результат опроверг многолетнюю теорию о так называемой «энтропийной катастрофе», согласно которой сверхнагрев твёрдых тел имеет непреодолимую границу. Выяснилось, что при нагреве в течение триллионных долей секунды вещество может избегать катастрофического распада и оставаться твёрдым. Учёные подчеркивают: законы термодинамики при этом не нарушаются, просто сверхбыстрая энергия не успевает разрушить структуру материала.

Эти открытия не только меняют фундаментальные представления о сверхнагреве, но и открывают новые перспективы: от исследования недр планет до разработки эффективных мишеней для термоядерного синтеза. Как признался один из авторов, Боб Наглер, если первый же опыт привёл к опровержению устоявшейся теории, то дальше можно ожидать настоящего потока открытий.