Bilim insanları, fizik dünyasında “entropi felaketi” olarak bilinen hududu aşarak, katı altını harika sıcaklıklara çıkarmayı başardı. Nevada Üniversitesinden Thomas White ve grubu, yalnızca saniyenin çok küçük bir kısmında, altını erime sıcaklığının 14 katına kadar ısıttı. Bu deney, hususların nasıl faz değiştirdiğini anlamak açısından değerli bir adım olarak kabul ediliyor.
ENTROPİ FELAKETİ
Entropi, bir sistemdeki düzensizliğin ölçüsü ve tabiatın temel kurallarından biri. Termodinamiğin ikinci maddesine nazaran, izole bir sistemde entropi, yani düzensizlik daima artar. Örneğin sıvı su, buzdan daha düzensizdir; bu yüzden daha yüksek entropiye sahiptir. Çoklukla katılar sıvılara nazaran daha tertiplidir, yani daha düşük entropiye sahiptir. Lakin çok şartlarda bu durum değişebilir.Bilimsel olarak, bir sıvı çok soğutularak entropisi katıya yaklaştırılabilir. Bilakis, bir katı da olağan erime noktasının çok ötesine kadar ısıtılarak sıvı halinin entropisine ulaşabilir. Bu noktaya ulaşmak, “entropi felaketi” olarak isimlendirilir. Zira bu sıcaklık ekseriyetle erime noktasının üç katına çıkar. Altın için bu hudut yaklaşık 3.200 santigrat derece civarındadır.
Bu sıcaklığa ulaşmak kolay değil. Zira unsur o noktaya gelmeden evvel erimeye ya da bozulmaya başlar. Bu zorluğa “felaket hiyerarşisi” ismi verilir. Yani tabiat, bu çok şartlara karşı direnç gösterir.
Chip’in aktardığı yeni çalışmada, sırf 50 nanometre kalınlığındaki altın sinemalar kullanıldı. Bu kalınlık, bir virüsün yaklaşık yarısı kadar. Numuneler, 45 femtosaniyelik X-ışını lazer darbeleriyle ısıtıldı. Bu son derece kısa müddette, altının sıcaklığı dramatik biçimde yükseldi.
Metallerin yapısı, müspet yüklü iyonların etrafında hür dolaşan elektronlardan oluşur. Bu yapı, metallere elektrik ve ısı iletkenliği üzere özelliklerini kazandırır. Lazer ışını, bu hür elektronlara çarptığında güç tüm yapıya yayılır. Atomlar süratle titreşmeye başlar ve bu hareket, araştırmacılar tarafından ölçülebildi.
Ekip, bu harika ısıtmayı iki farklı prosedürle gerçekleştirdi ve her iki durumda da entropi felaketi olarak bilinen sıcaklık hududu muvaffakiyetle aşıldı. Bu başarıda kilit faktör, unsurun bu sıcaklıklara ulaşmasına karşın çok kısa müddette ısındığı için şimdi yapısal olarak bozulmaya vakit bulamamasıydı. Yani, atomlar ortasındaki kristal yapı anlık olarak bozulmadan kalmayı başardı.
Burada kıymetli bir nokta var: Sıcaklık, aslında parçacıkların ortalama hareket suratıdır. Lakin bu deneyde, lazerle verilen güç sistemde dengesizlik yarattığı için, ölçülen sıcaklık klâsik manada istikrar halindeki sıcaklıkla tam olarak örtüşmeyebilir.
Yine de elde edilen sonuçlar, faz geçişlerinin sonlarına ışık tutuyor. Şayet bu tıp çok şartlarda hususun davranışını daha âlâ denetim edebilirsek, gelecekte yeni kuşak materyaller üretme konusunda kıymetli adımlar atılabilir.
Çalışma Nature mecmuasında yayınlandı.
