Воду нагрели до рекордной температуры

16.05.2018

Ученые из немецкого исследовательского центра по физике частиц DESY и Уппсальского университета (Швеция) провели эксперимент по сверхбыстрому нагреванию воды рентгеновским лазером (разером) - и посмотрели, совпадает ли результат с симуляцией.

Обычно нагревание при кипячении воды заключается в передаче молекулам кинетической энергии через вибрацию с помощью конвекции или теплоизлучением. Но в данном случае физики использовали иной метод, где энергия передается через ионизацию одиночными фемтосекундными импульсами рентгеновского лазера на свободных электронах. Это вызывает быструю ионизации с появлением экзотического состояния плазмы, известного как теплое плотное вещество (warm dense matter, WOM).

Теплое плотное вещество (ТПВ) - агрегатное состояние вещества, которое по своим параметрам находится между твердым телом и идеальной плазмой. Оно слишком плотное, чтобы быть описанным как плазма, и слишком горячее, чтобы относиться к физике конденсированных сред. Другими словами, это нечто среднее между плазмой и твердым телом. Оно намного плотнее, чем плазма (от 0,01 до 100 г на см2), а в некоторых случаях имеет удельный вес в два раза больше, чем твердое вещество, из которого получено. В общем, своеобразное вещество Шредингера.

Нынешний эксперимент по получению ТПВ из воды провела группа ученых из Центра исследований лазеров на свободных электронах (CFEL) в DESY. Нагрев молекул с одновременным исследованием состояния проводилось с помощью рентгеновского лазера на свободных электронах в Национальной лаборатории ускорителей SLAC (США). Разер осуществлял чрезвычайно интенсивные сверхкороткие вспышки рентгеновского излучения 6,86 кэВ (более 106 Дж/см2) по струе воды.

Менее чем за 75 фемтосекунд, то есть 75 квинтиллионных долей секунды вода проходит фазовый переход от жидкости к плазме. Плазма - это состояние вещества, в котором электроны удалены из атомов, что приводит к своего рода электрически заряженному газу.

"Но во время превращения жидкости в плазму вода по-прежнему сохраняет плотность жидкости, так как атомы еще не успели значительно переместиться", - объясняет соавтор эксперимента Олоф Йонссон (Olof Jonsson) из Уппсальского университета.

Такое экзотическое состояние материи невозможно найти в естественном состоянии на Земле: "У него такие же характеристики, как у некоторых плазм на Солнце и в газовом гиганте Юпитер, но только более низкая плотность. Между тем оно горячее, чем ядро Земли". Проведение эксперимента именно на воде позволяет лучше узнать о свойствах воды в столь экзотическом состоянии. Это тем более важно, учитывая некоторые действительно уникальные свойства этого вещества:

"Вода действительно странная жидкость, и если бы не ее особенности, то многие вещи на Земле не были бы такими, как они есть, особенно жизнь", - подчеркнул Йонссон. У воды множество аномальных характеристик и свойств, включая плотность, теплоемкость и теплопроводность.

<< Назад: NASA испытало космический ядерный реактор 16.05.2018

>> Вперед: Лунная пыль убивает клетки человека и изменяет ДНК 15.05.2018

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Твердотельные накопители Toshiba HK3E2 12.12.2014 Компания Toshiba Electronics Europe (TEE) представила две новых серии твердотельных накопителей корпоративного класса (eSSD) - HK3E2 для систем с повышенной долговечностью и HK3R2 для систем с высокой интенсивностью чтения. Эти SATA SSD со скоростью 6 Гбит/с дополняют ассортимент корпоративных накопителей компании, который включает устройства с различными уровнями долговечности, соответствующими требованиям различных систем и клиентских сред, сообщили CNews в Toshiba. Накопители HK3E2 имеют емкость до 800 ГБ в стандартном форм-факторе 2,5 дюйма (толщина 7 мм) и предназначены для использования в распространенных корпоративных системах, таких как серверы обмена почтой, веб-серверы, серверы баз данных, серверы индексации и хранилища центров обработки данных. Устройства рассчитаны на выполнение трех циклов перезаписи в день в течение пяти лет при случайной нагрузке 4 КиБ в корпоративной среде. В свою очередь, накопители HK3R2 имеют емкость до 960 ГБ в стандартном форм-факторе 2,5 дюйма (толщина 7 мм) и предназначены для использования в системах с высокой интенсивностью чтения, таких как кэш для чтения, потоковая передача видео и хранилища центров обработки данных. Новинки рассчитаны на один цикл перезаписи в день в течение пяти лет при случайной нагрузке 4 КиБ в корпоративной среде. Обе серии eSSD оптимально подходят для корпоративных сред, а их общий контроллер и механическая конструкция обеспечивают полную защиту от потери питания и комплексную защиту данных, отметили в Toshiba. Кроме того, и в серии HK3R2, и в серии HK3E2 используется фирменная технология коррекции ошибок Toshiba QSBC (Quadruple Swing-By Code) - код коррекции ошибок (ECC), позволяющий защитить данные клиента от повреждения вследствие износа носителя NAND, что увеличивает срок службы твердотельных накопителей Toshiba. В SSD этих серий также используется разработанный компанией Toshiba контроллер SATA SSD и флэш-память Toshiba MLC NAND второго поколения с технологией 19nm. "Серии HK3E2 и HK3R2 соответствуют различным требованиям к применению, но имеют общую платформу, что позволит клиентам повысить эффективность тестирования и избежать избыточных аттестаций, - заявил Мартин Ларссон (Martin Larsson), вице-президент подразделения по производству устройств для хранения данных компании Toshiba Electronics Europe. - Разработанный компанией Toshiba контроллер SATA SSD корпоративного класса и интегрированная флэш-память Toshiba 19nm MLC NAND второго поколения позволяют удовлетворить требования клиентов к производительности и целостности данных".

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025