Ultragyors lézerek és nagy energiájú röntgensugarak segítségével a kutatók kimutatták, hogy az arany akár 19 000 kelvines (18 726,85 Celsius-fokos) hőmérsékleten is megőrizheti szilárd halmazállapotát – ami több mint tizennégyszerese az ismert olvadáspontjának (1337 K).

Hogy történt ez a varázslat? Megőrült a fizika, ahogy van? Annyi biztos, hogy a SLAC Nemzeti Gyorsító Laboratórium és a Nevadai Egyetem (Reno) kutatóinak vezetésével végzett kísérlet új fejezetet nyit a magas hőmérsékletű fizika területén, mivel nemcsak évtizedek óta elfogadott elméleteket kérdőjelez meg, hanem új, hatékony módszert is kínál a hőmérséklet mérésére szélsőséges körülmények között – például amilyenek a bolygómagokban vagy – és ez talán az előbbinél is fontosabb – a fúziós reaktorokban uralkodnak. A hőmérséklet ugyanis hagyományosan az egyik legnehezebben meghatározható fizikai jellemző ezekben a környezetekben.

„A sűrűség és a nyomás mérésére már voltak megbízható módszereink, de a hőmérséklet meghatározása mindig is nagy bizonytalanságokkal járt” – mondta Bob Nagler, a SLAC munkatársa.

A kihívás leküzdésére a kutatócsoport a SLAC „Matter in Extreme Conditions” (MEC) nevű műszerét vetette be. A kísérlet során egy vékony aranyréteget ultragyors lézerimpulzussal hevítettek fel, majd ezzel szinte egy időben erős röntgensugár-impulzusokat bocsátottak rá. Az atomok rezgései megváltoztatták a röntgensugarak szóródási frekvenciáját – ez pedig közvetlen és pontos információt adott az anyagban uralkodó hőmérsékletről. Az eredmények magukat a kutatókat is meglepték.

„Álmunkban sem gondoltuk volna, hogy ilyen magas hőmérsékleten is találunk olyan anyagot, amely szilárd marad” – mondta Tom White, a Nevadai Egyetem fizikusa. „Ez teljesen ellentmond azoknak az 1980-as évekből származó elméleteknek, amelyek szerint a szilárd anyagok bizonyos hőhatáron túl szükségszerűen összeomlanak.”

A mágia azonban csak látszólagos – a kulcs az extrém gyors hevítés volt: a minta mindössze egybilliomod másodperc (femtoszekundum) alatt érte el a hihetetlen hőmérsékletet. Ilyen rövid idő alatt pedig az anyag egyszerűen nem tudott megolvadni – nem is volt ideje rá. Ezzel a módszerrel tehát a kutatók megkerülték az úgynevezett „entrópiakatasztrófát”, amely elméletileg a szilárd anyagok hőtűrésének felső határa.

White hangsúlyozta, hogy mindez a látszat ellenére nem sérti a fizika törvényeit:

„Nem szegtük meg a második főtételt – csak gyorsabban történt minden, mint ahogy az entrópia követni tudta volna az eseményeket.”

Nagler végül így foglalta össze az eredményeket:

„Ha már az első próbálkozásunk képes volt felülírni a szabályokat, képzeljük el, mit érhetünk el a jövőbeni kísérletekkel.”

(Kép: A SLAC kutatói lézerrel hevítették fel az aranyat, majd röntgensugarakkal mérték az atomok sebességét és hőmérsékletét, forrás: SLAC)