Британские физики из Лондонского университета королевы Марии показали, что в экстремальных условиях, т. е. при высоком давлении и температуре, материя становится более простой и даже универсальной. Такой вывод ученые сделали, когда обнаружили фиксированную для разных систем точку инверсии, при прохождении через которую меняются свойства фаз. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
Поведение материи при низких температурах и давлении достаточно хорошо понято, но при более экстремальных условиях — повышенных давлении и температуре — оно все еще остается загадкой. Так, существует критическая точка фазового равновесия, выше которой различия между жидкостями и газами стираются. Такая материя называется сверхкритическим флюидом (СКФ). Считалось, что СКФ достаточно плотный и гомогенный.
Главная проблема изучения СКФ — то, что к нему не применимы теории, касающиеся газов, жидкостей и твердых тел. Поэтому ученым пришлось выбрать физические параметры, которые лучше всего отразили бы свойства СКФ. В итоге исследователи остановились на двух параметрах: теплоемкость и глубина распространения волн. Теплоемкость показывает, насколько эффективно материя поглощает тепло, и по ней можно определить число степеней свободы системы. Глубина распространения волн определяет, сколько фазового пространства доступно фононам — квантам колебательного движения. Если глубина распространения волн достигнет малого значения, равного расстоянию между атомами, то можно наблюдать интересные эффекты. Исследуя два этих параметра, ученые показали, что при экстремальных условиях материя становится достаточно универсальной.
Ученые построили зависимость теплоемкости от глубины распространения волн. На ее графике была обнаружена фиксированная точка инверсии, которая соответствует переходам между двумя разными сверхкритическими состояниями: подобными жидкости или газу. При переходе через эту точку инверсии меняются ключевые свойства СКФ.
Также физики показали, что положение этой точки инверсии практически одинаково во всех изученных системах. Это сильно отличает ее от других известных точек перехода. Так, тройная точка, в которой сосуществуют жидкость, газ и твердая фаза, и критическая точка, в которой кончается сосуществование газа и жидкости, имеют разные значения для разных систем. То, что точка инверсии приблизительно одинакова во всех системах, доказывает, что в экстремальных условиях материя достаточно проста и универсальна.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
