Oro ultrariscaldato a 18.700 °C: resta solido 14 volte oltre il punto di fusione

Se sottoposto a un riscaldamento estremamente rapido, rimane solido fino a 14 volte oltre la sua temperatura di fusione.

Immagina di portare un oggetto a temperature simili a quelle della superficie solare e che questo rimanga… solido!  È il risultato intrigante di una ricerca pubblicata su Nature e segnalata dall’ANSA: l’oro, portato rapidamente a 18. 700 °C—quattordici volte il suo punto di fusione—non si liquefa, ma continua a rimanere solido per un brevissimo intervallo di tempo.

Nella fisica tradizionale, ogni sostanza solida si trasforma in liquido superando una certa temperatura: per l’oro, questo limite è circa 1064 °C. Andare oltre questo valore porta alla fusione in uno stato liquido.

Tuttavia, un riscaldamento molto rapido sarebbe in grado di creare uno stato di “superriscaldamento“, in cui la transizione di fase non avviene subito. In questo esperimento, la velocità – nell’ordine di miliardesimi di miliardesimi di secondo – ha impedito agli atomi di riorganizzare la loro struttura cristallina, consentendo al metallo di rimanere solido più a lungo di quanto previsto.

Questa osservazione dimostra che a certe scale temporali, la materia può violare le leggi che la regolano! Ciò potrebbe avere ripercussioni non solo sui modelli teorici, ma anche su aree come la fisica dei plasmi, la ricerca sulla fusione nucleare e lo studio delle strutture interne dei pianeti.

Supercaldo senza fondere!

La ricerca, guidata dal fisico Thomas White dell’Università del Nevada e realizzata con l’aiuto del SLAC National Accelerator Laboratory, ha oltrepassato il limite teorico noto come “catastrofe dell’entropia”, che afferma che un solido non può rimanere stabile oltre tre volte il suo punto di fusione.

I ricercatori hanno utilizzato impulsi laser ultraveloci (45 femtosecondi, ovvero 45 milionesimi di miliardesimi di secondo) per portare un sottilissimo strato d’oro fino a 19. 000 Kelvin (≈ 18. 700 °C), mantenendo il metallo in uno stato cristallino per più di 2 picosecondi. Questa scoperta è stata avvalorata da misurazioni dirette realizzate grazie al potente laser a raggi X LINAC del SLAC, i quali hanno reso possibile analizzare la velocità delle vibrazioni atomiche e la conseguente temperatura interna del campione.

Oltre le regole della termodinamica

Secondo Scientific American, questa scoperta mette in discussione una teoria che esisteva sin dal 1980, aprendo nuove opportunità nello studio dei materiali super-riscaldati. Smithsonian Magazine sottolinea che l’esperimento ha raggiunto temperature superiori a quelle del Sole, in un intervallo di tempo così ridotto da non permettere al sistema di raggiungere l’equilibrio termodinamico necessario per la fusione! Nello specifico, il principio non infrange la seconda legge della termodinamica: il metallo non fonde semplicemente perché il riscaldamento avviene più velocemente di quanto gli atomi possano disordinarsi. Il disordine aumenta, ma non in modo sufficientemente rapido da provocare il cambiamento di stato.

Questo nuovo approccio per misurare la temperatura in condizioni estreme potrebbe trasformare diversi campi. Secondo ScienceDaily, si creerebbe l’opportunità di condurre studi più precisi sulla materia calda e densa—il così detto “warm dense matter”—utile per comprendere i nuclei planetari e migliorare le tecnologie per la fusione nucleare.