Bilim insanları, fizik dünyasında “entropi felaketi” olarak bilinen sonu aşarak, katı altını fevkalâde sıcaklıklara çıkarmayı başardı. Nevada Üniversitesi’nden Thomas White ve takımı, yalnızca saniyenin çok küçük bir kısmında, altını erime sıcaklığının 14 katına kadar ısıttı. Bu deney, hususların nasıl faz değiştirdiğini anlamak açısından kıymetli bir adım olarak kabul ediliyor.
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. Ekseriyetle katılar sıvılara nazaran daha sistemlidir, yani daha düşük entropiye sahiptir. Lakin çok şartlarda bu durum değişebilir.
Bilimsel olarak, bir sıvı çok soğutularak entropisi katıya yaklaştırılabilir. Aksine, 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.
Ancak bu sıcaklığa ulaşmak kolay değil. Zira husus o noktaya gelmeden evvel erimeye ya da bozulmaya başlar. Bu zorluğa “felaket hiyerarşisi” ismi verilir. Yani tabiat, bu çok şartlara karşı direnç gösterir.
Yeni çalışmada, sırf 50 nanometre kalınlığındaki altın filmler 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 özgür 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 metotla gerçekleştirdi ve her iki durumda da entropi felaketi olarak bilinen sıcaklık sonu muvaffakiyetle aşıldı. Bu başarıda kilit faktör, hususun 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 değerli bir nokta var: Sıcaklık, aslında parçacıkların ortalama hareket suratıdır. Lakin bu deneyde, lazerle verilen güç sistemde dengesizlik yarattığı için, ölçülen sıcaklık klasik 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 uygun denetim edebilirsek, gelecekte yeni kuşak materyaller üretme konusunda değerli adımlar atılabilir.
Çalışma Nature mecmuasında yayımlandı.
