«Проведенный эксперимент позволяет однозначно заявить о двухступенчатом процессе плавления кристалла и идентифицировать точки фазового перехода «твердое тело – гексатическая фаза» и «гексатическая фаза – жидкость», – передает ТАСС слова старшего научного сотрудника Объединенного института высоких температур РАН и аспирантки МФТИ Елены Васильевой.
Почти все элементы и химические соединения, существующие во Вселенной, могут принимать четыре разных агрегатных формы материи – превращаться в твердое тело, жидкость, газ и плазму. Жидкости занимают своеобразное промежуточное положение между газами и твердыми телами, обладая способностью принимать почти любую форму, как первые, но при этом сохраняя объем и связи между отдельными молекулами.
Долгое время физики считали, что большая часть твердых тел, в том числе и различных форм кристаллов, напрямую превращается в жидкость, если приложить к ним достаточно большое количество тепла. Примерно 40 лет назад физики-теоретики Майкл Костерлиц и Дэвид Таулесс предположили, что на самом деле это не так – превращение твердых кристаллов в жидкость и наоборот протекает через промежуточную фазу, которую они назвали «гексатической».
В 2016 году они получили за это теоретическое предсказание Нобелевскую премию по физике, однако до настоящего времени ученым не удавалось получить однозначное подтверждение их теории на практике. Эту задачу решили специалисты ОИВТ РАН и МФТИ, экспериментируя с так называемыми пламенно-пылевыми системами.
В рамках этих опытов ученые создали установку, которая была заполнена аргоновой плазмой и куда они могли запускать большое количество «пыли» – множество сферических микрочастиц, состоящих из полистирола и покрытых тонкой пленкой из никеля. Такая смесь, как объясняют ученые, при нагреве или охлаждении ведет себя подобно тому, как это делают кристаллы твердых веществ.
Облучая их при помощи лазера, физики отслеживали, как менялся характер движения частиц, отражающий то, как их поверхность взаимодействовала с плазмой после нагрева под действием пучков частиц света. Последующие наблюдения показали, что характер движения и поведение полимерных частиц внутри этого плазменного «кристалла» при его нагреве и остывании полностью совпадали с тем, что предсказывает теория, разработанная Нобелевскими лауреатами.
Дальнейшие опыты с плазмой, как надеются физики, помогут им создать новые материалы и найти иные практические применения для теории Костерлица, Таулесса и других ученых, внесших большой вклад в изучение переходов между твердой и жидкой материей.
Напомним, в декабре президент Владимир Путин одобрил предложение госкорпорации «Росатом» об открытии в Сарове (Нижегородская область) Национального центра физики и математики.