L'or peut être chauffé à 14 fois son point de fusion sans fondre

Avec un chauffage rapide, des feuilles d'or peuvent passer devant la température maximale théorique qu'un solide peut avoir avant de fondre – soulevant des questions sur les vraies limites

Les feuilles d'or minces de la plaquette avec des lasers peuvent être chauffées jusqu'à 14 fois leur point de fusion tout en restant solide, bien au-delà de la limite théorique, ce qui augmente la possibilité que certains solides ne puissent avoir aucun point de fusion supérieur.

La surchauffe est un phénomène courant où un solide peut chauffer au-delà de son point de fusion, ou un liquide peut chauffer au-delà de son point d'ébullition, sans changer l'état. Par exemple, une tasse d'eau chauffée au micro-ondes peut atteindre des températures supérieures à 100 ° C (212 ° F), tant que la tasse est suffisamment lisse et immobile. Cependant, dès que la tasse est bouslée, l'eau bouillirait violemment.

Pour les solides, de nombreux physiciens ont proposé une limite supérieure pour la surchauffe, à une température d'environ trois fois le point de fusion standard de Kelvin. Ce point est appelé la catastrophe d'entropie, où l'entropie, souvent définie comme la quantité de trouble dans un système, pour l'état solide deviendrait plus grande que si la substance était liquide. Si la substance restait solide au-dessus de cette température, elle violerait la deuxième loi de la thermodynamique, qui dit que l'entropie ne peut pas diminuer avec le temps pour la plupart des systèmes.

Maintenant, Thomas White à l'Université du Nevada, Reno, et ses collègues ont découvert que l'or peut chauffer jusqu'à 14 fois son point de fusion tout en restant solide, bien au-dessus de son point de catastrophe d'entropie.

White et son équipe ont tiré un puissant laser à une épaisseur d'or à 50 nanomètres pour 45 quadrillions de seconde, puis ont utilisé une méthode relativement nouvelle pour mesurer sa température en utilisant des radiographies réfléchies. En mesurant comment la fréquence des radiographies réfléchies avait changé et en calculant la quantité d'énergie supplémentaire qu'ils avaient gagnée en rebondissant sur l'or, l'équipe pouvait déterminer la quantité de feuille qui avait chauffé.

«Nous avons mesuré ces températures, et nous étions comme, wow, c'est vraiment chaud. Comme, peut-il vraiment être si chaud avant qu'il ne fonde?» dit blanc.

Après avoir confirmé qu'ils n'avaient pas fait d'erreur dans leurs mesures, White et son équipe ont revu la théorie et réalisé que le chauffage extrêmement rapide de l'or signifiait que l'entropie de l'or solide pouvait rester plus petite que la forme liquide potentielle, lui permettant de dépasser la limite de température prévue. «Il est important de dire que nous n'avons pas enfreint la deuxième loi de la thermodynamique», explique White.

La véritable limite de surchauffe reste une question ouverte, dit-il. «Peut-être que nous pensions que nous l'avions résolu dans les années 1980 avec cette limite de surchauffe, mais maintenant je pense que c'est à nouveau une question ouverte. À quel point pouvez-vous faire quelque chose avant de fondre?»

Mesurer comment les solides chauffent à l'aide de cette technique de rayons X pourraient également être utiles pour simuler la façon dont la chaleur et la pression extrêmes des noyaux planétaires affectent les matériaux sur des échelles de temps extrêmement courtes, explique Sam Vinko à l'Université d'Oxford. «Nous n'avons pas vraiment un bon thermomètre pour les solides que vous pouvez regarder sur des échelles de temps très courtes», dit-il.

Il serait également intéressant de voir si cela s'applique aux autres solides en dehors de l'or, explique Vinko, et s'il y a une limite supérieure au chauffage avant la fonte. « Ce qui est intrigant ici, c'est de se demander s'il est possible ou non de battre pratiquement toute la thermodynamique, simplement en étant assez rapide pour que la thermodynamique ne s'applique pas vraiment dans le sens où vous pourriez y penser. »