Τα εξαιρετικά μεγάλα «άτομα» επιτρέπουν στους φυσικούς του Penn να λύσουν το αίνιγμα του γιατί τα πράγματα λιώνουν
*Οι επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβανίας έχουν χρησιμοποιήσει άτομα Ultracold για να λύσουν ένα μακροχρόνιο μυστήριο για το γιατί τα στερεά λιώνουν όταν θερμαίνονται.*
Όταν θερμαίνουμε ένα στερεό, τα άτομα ή τα μόρια που συνθέτουν το υλικό αρχίζουν να κινούνται όλο και πιο γρήγορα. Αυτό προκαλεί το υλικό να επεκταθεί και να γίνει λιγότερο πυκνό. Τελικά, τα άτομα ή τα μόρια θα κινηθούν τόσο γρήγορα ώστε να μπορούν να ξεφύγουν από τους γείτονές τους και το υλικό θα λιώσει.
Το σημείο τήξης ενός υλικού είναι η θερμοκρασία στην οποία λιώνει. Αυτή η θερμοκρασία είναι διαφορετική για διαφορετικά υλικά. Για παράδειγμα, ο πάγος λιώνει στους 0 βαθμούς Κελσίου, ενώ ο χάλυβας λιώνει στους 1.538 βαθμούς Κελσίου.
Το σημείο τήξης ενός υλικού καθορίζεται από τη δύναμη των δυνάμεων που συγκρατούν τα άτομα ή τα μόρια μαζί. Σε ένα στερεό, αυτές οι δυνάμεις είναι αρκετά ισχυρές ώστε να κρατούν τα άτομα ή τα μόρια στη θέση τους, ακόμα και όταν κινούνται γρήγορα. Ωστόσο, καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, αυτές οι δυνάμεις γίνονται ασθενέστερες και ασθενέστερες. Τελικά, οι δυνάμεις δεν είναι πλέον αρκετά ισχυρές για να συγκρατήσουν τα άτομα ή τα μόρια μαζί και το υλικό λιώνει.
Οι φυσικοί Penn χρησιμοποίησαν άτομα Ultracold για να μελετήσουν τη διαδικασία τήξης σε ένα πολύ απλό σύστημα. Δημιούργησαν ένα αέριο, παγιδεύτηκαν ένα εξαιρετικά κρυολόγημα άτομο που περιέχει άτομα στροντίου και ytterbium που κρατούνται στη θέση τους με λέιζερ και στη συνέχεια το θερμαίνονται για να παρακολουθήσουν πώς λειτούργησε.
Διαπίστωσαν ότι η διαδικασία τήξης λαμβάνει χώρα σε δύο βήματα. Πρώτον, τα άτομα αρχίζουν να κινούνται όλο και πιο γρήγορα, σχηματίζοντας μικρές συστάδες. Αυτές οι συστάδες μεγαλώνουν και μεγαλύτερες και μεγαλύτερες μέχρι να συγχωνευθούν μαζί για να σχηματίσουν ένα υγρό.
Οι φυσικοί διαπίστωσαν επίσης ότι το σημείο τήξης του αερίου ήταν πολύ χαμηλότερο από το σημείο τήξης του στερεού. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα άτομα στο αέριο δεν είναι τόσο σφιχτά γεμάτα όσο είναι στο στερεό, έτσι δεν χρειάζονται τόσο μεγάλη ενέργεια για να απομακρυνθούν από τους γείτονές τους.
Αυτό το έργο παρέχει νέες ιδέες για τη διαδικασία τήξης και θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να αναπτύξουν νέους τρόπους για τον έλεγχο του σημείου τήξης των υλικών. Αυτό θα μπορούσε να έχει σημαντικές εφαρμογές σε διάφορους τομείς, όπως η επιστήμη των υλικών, η μηχανική και τα φαρμακευτικά προϊόντα.
