Das Phänomen konnte nur für einige Billiardstel Sekunden beobachtet werden. Das reichte jedoch aus, um die Theorie der „Entropischen Katastrophe” zu widerlegen
Einem internationalen Wissenschaftlerteam ist es gelungen, Gold auf Temperaturen von über 18.700 Grad Celsius zu erhitzen und damit eine seit Jahrzehnten akzeptierte physikalische Theorie zu widerlegen. Das Experiment, das vom Vereinigten Königreich aus geleitet und in den Einrichtungen des SLAC-Labors in Kalifornien durchgeführt wurde, hat Gold in einen Grenzzustand zwischen fest und flüssig gebracht, der als Überhitzung bekannt ist.
Dieses Phänomen, das nur für wenige Trillionstel Sekunden beobachtet wurde, hat gezeigt, dass Gold unter bestimmten Bedingungen Temperaturen weit über seinem Siedepunkt von 1.064 Grad standhalten kann. Entgegen allen Erwartungen zerfiel das Material nicht sofort, wie es die Theorie der entropischen Katastrophe (die natürliche Tendenz von Systemen, sich in einen Zustand größerer Unordnung und Chaos zu entwickeln) im Rahmen des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik vorsieht, was darauf hindeutet, dass diese vermeintliche thermische Grenze möglicherweise nicht so universell ist wie bisher angenommen.
Eine bahnbrechende Methode zur Messung extremer Temperaturen
Die Leistung besteht nicht nur darin, diese Rekordwerte zu erreichen, sondern auch darin,diesen Extremzustand der Materie präzise messen zu können. Dazu schossen die Forscher nach dem Lasereinschlag Röntgenstrahlen auf das Gold. Durch die Analyse der Streuung dieser Strahlung konnten sie sowohl die Temperatur als auch die Geschwindigkeit der Atome mit einer bisher unerreichten Genauigkeit berechnen.
„Die Temperatur ist eine Größe, die wir seit Jahrhunderten kennen, aber in Wirklichkeit haben wir sie nie direkt gemessen“, erklärte Bob Nagler, Forscher am SLAC und einer der Verantwortlichen für die Studie, in einer Pressemitteilung. Dieser neue Ansatz ermöglicht es, Umgebungen wie das Zentrum eines Sterns, das Innere eines Fusionsreaktors oder den Hitzeschild eines Raumschiffs zu untersuchen, wo eine exakte Nachbildung der realen Bedingungen von entscheidender Bedeutung ist.
Ein Modell, das von der experimentellen Realität übertroffen wurde
Über den in dem beschriebenen theoretischen Fortschritt hinaus hat diese Technik ein großes Anwendungspotenzial. Gold wird bereits in Kernfusionsexperimenten als Teil von Geräten zur Erzeugung von Röntgenstrahlen eingesetzt. Die genaue Kenntnis der Betriebstemperatur dieser Elemente ist entscheidend für die Optimierung ihrer Funktion und die Weiterentwicklung effizienterer Energiequellen.
Thomas White, Physiker an der Universität von Nevada und Hauptautor der Studie, bestätigte, dass das Team nun mit anderen Metallen wie Silber und Eisen arbeitet, deren erste Ergebnisse ebenfalls vielversprechend sind. „Wir denken darüber nach, Experimente durchzuführen, die in direktem Zusammenhang mit der Fusion stehen”, sagte White. Dies könnte neue Forschungsansätze für die Entwicklung von Materialien eröffnen, die extremen Bedingungen standhalten.
Bislang galt, dass ein Material seinen Siedepunkt nicht um mehr als das Dreifache überschreiten kann, ohne seine Struktur zu verlieren. Das Experiment hat diese Grenze jedoch weit überschritten und 18.700 Grad Celsius erreicht, ohne dass das Gold sofort zerstört wurde. Dieses Ergebnis zwingt dazu, die theoretischen Grundlagen unseres Verständnisses von Phasenübergängen und der Stabilität von Feststoffen bei extremen Temperaturen zu überdenken.
„Ich bin sehr dankbar, dass meine Arbeit darin besteht, Dinge mit Lasern zu sprengen, um neue Gesetze der Physik zu entdecken“, sagte White in entspanntem Ton. Dieser Satz fasst die Bedeutung der Entdeckung zusammen: eine Grenze zu durchbrechen, die unüberwindbar schien, und die Tür zu einem neuen Paradigma in der Untersuchung von Materialien unter extremster Hitze zu öffnen.
