Új halmazállapotot fedezhettek fel a szilárd és a folyadék között

Minden általános iskolás megtanulja, hogy három halmazállapot van: gáz, folyadék és szilárd. Természetesen mindig van egy okos gyerek, aki tudja, hogy van egy negyedik is, mégpedig a plazma, amit mindenképpen hozzá kell tennie. Azonban, most lehet, hogy felfedeztek egy ötödik mindennapokban is megfigyelhető halmazállapotot.

Az üvegnél figyelhető meg leginkább ez az új halmazállapot. Első ránézésre teljesen szilárdnak tűnik, azonban jobban megvizsgálva olyan, mint az időben megfagyott folyadék — írja a Science Alert. Ezeket az anyagokat amorf szilárd anyagoknak nevezzük, de egyszerű magyarázatuk nincsen. Egy új kutatás, amely számítógépes modelleket és szimulációkat alkalmaz lehet, hogy választ tud adni a kérdésre. A kutatás legfőbb tézise, hogy a szilárd és a folyékony halmazállapot között rejlik egy harmadik, amelyben a részecskék elrendezése eddig ismeretlen volt.

Az új halmazállapot

A Kaliforniai Egyetem kutatói szerint van egy különös viselkedési forma, amely egy bizonyos hőmérséklet határon lép fel. Ilyenkor a szilárd anyag részecskéi tovább rezegnek, vagyis nem teljesen maradnak egy helyben. A három jól ismert halmazállapotot az anyag részecskéi és a környező részecskék viszonya határozza meg. Ezek között a halmazállapotok között fellép az úgynevezett átmeneti halmazállapot, amely két halmazállapot közti ideiglenes átmeneti állapot. Azonban az anyagok fizikája nem ilyen egyszerű. Ha például az atomok túlhevülnek, akkor teljesen véletlenül szerű módon száguldanak összevissza. Ezt ismerjük plazmaként. Ha gyorsan lehűtünk bizonyos részecskéket, azok teljes mértékben képesek elveszíteni az identitásukat.

Az amorf szilárd anyagok a szépen rendezett szilárd anyagok és a lazán kapcsolódó folyadékok között állnak. A szilárd anyagok atomjai szépen rendezett formációkban állnak össze, míg az amorf szilárd anyagok atomjainak elrendezése inkább a folyadékokéra emlékeztet. Ennek a jelenségnek a legismertebb példája az üveg. Ha felhevítjük, akkor az anyag folyékonnyá válik. Ha ezt lassan hűtjük le, akkor az atomoknak van idejük szép rendezett formációba állnia. Azonban, ha gyorsan hűtjük le a folyékony üveget, akkor amorf szilárd anyaggá válik.

A kutatók elmélete megjósolja a modellrendszerekben mért kezdeti hőmérsékletet, és megmagyarázza, hogy a túlhűtött folyadékok viselkedése e hőmérséklet körül miért emlékeztet a szilárd testekre. Annak ellenére, hogy szerkezetük megegyezik a folyadékéval. Az üveges dinamika kezdő hőmérséklete olyan, mint egy olvadási hőmérséklet, amely a túlhűtött folyadékot folyadékká olvasztja. Ennek minden túlhűtött folyadék vagy üveges rendszer esetében relevánsnak kell lennie.

A túlhűtött folyadékok esetében az atomok mozgása gyakorlatilag elhanyagolható. Azonban a részecskék folyamatos “izgalomban” vannak, ami azt jelenti, hogy változtatják a konfigurációjukat. Egyelőre még csak két dimenziós modellekkel tesztelték az elméletüket, de lehetséges a három dimenzióba való bővítés is. Ez a kutatás végül segíthet megérteni az átmeneti halmazállapotok rejtélyes világát.

Ezeket a cikkeket is érdemes elolvasni:

• Magyar kutatók egy 800 éves matematikai trükkel javították a holdi navigációt
• Csillagvizsgálókat támadtak meg ismeretlen hackerek