Atskleista skystos anglies paslaptis: mokslininkai pirmą kartą stebėjo, kaip anglis tirpsta iki skystos būsenos

Ilgus metus šis reiškinys egzistavo tik teorijose, bet dabar tyrėjams pavyko ne tik jį sukurti, bet ir detaliai ištirti jo struktūrą. Šis atradimas, aprašytas prestižiniame mokslo leidinyje, gali iš esmės pakeisti mūsų supratimą apie planetų ir žvaigždžių sandarą. Tyrimas buvo atliktas Europos centre „EuXFEL“ ir tam reikėjo sąlygų, kurias galima pavadinti tik kosminiu pragaru. 

Mokslininkai turėjo pasiekti maždaug šimtą gigapaskalių slėgį, tai yra milijoną kartų didesnį nei atmosferos slėgis Žemėje. Temperatūra viršijo tris tūkstančius septynis šimtus laipsnių Celsijaus. Tokiose sąlygose skystas anglis tampa ypatingai svarbus modeliuojant planetų gelmes ir baltųjų nykštukių atmosferas. Tai tarpinė būsena, susijusi su pažangių anglies pagrindo medžiagų sinteze ir branduolių sintezės procesais.

Technologijos, leidusios pasiekti tikslą

Kad būtų galima atkurti tokias sąlygas, mokslininkai pasitelkė aukštos energijos lazerį „DiPOLE 100 X“. Jis sukūrė smūgines bangas anglies stiklo mėginiuose. Pagrindinis proveržis buvo realiuoju laiku atliekama rentgeno spindulių difrakcija, kuri leido stebėti medžiagos struktūrą pačiame eksperimento metu. 

Rezultatai pranoko lūkesčius, nes paaiškėjo, kad skystas anglis yra labai sudėtingas skystis, turintis laikinas jungtis, o kiekvienas atomas vidutiniškai jungiasi su keturiais artimiausiais kaimynais. Mokslininkai nustatė, kad visiškai skysta būsena pasiekiama esant maždaug šimtui šešiasdešimčiai gigapaskalių slėgiui ir septynių tūkstančių laipsnių Celsijaus temperatūrai. 

Dar įdomiau tai, kad esant maždaug septyniasdešimt šešiems gigapaskaliams anglies stiklas pradeda virsti kristaliniu deimantu, o vėliau šis tirpsta ir pereina į visiškai skystą būseną. Tokių fazių pokyčių metu stebėtas apie septynių procentų tūrio pasikeitimas. Tyrėjai galėjo itin tiksliai nustatyti struktūrinius parametrus, kurie sutapo su teoriniais skaičiavimais ir patvirtino, kad kompiuterinės simuliacijos tampa vis tikslesnės.

Šis atradimas yra itin svarbus astrofizikai. Skystas anglis, kaip manoma, egzistuoja tokių planetų kaip Uranas ir Neptūnas branduoliuose bei baltųjų nykštukių atmosferose. Iki šiol mokslininkai galėjo tik spėlioti apie jo savybes. Nustatyti parametrai, tokie kaip lydymosi entropija ar šilumos kiekis, būtini tiksliau modeliuojant procesus, vykstančius planetose ir žvaigždėse. Tai gali atverti kelią naujoms galimybėms sintetinant nanomedžiagas, pavyzdžiui, anglies nanovamzdelius ar nanodeimantus.

Naujos tyrimų kryptys ir ateities planai

Mokslininkai planuoja tęsti tyrimus su dar didesniu tikslumu. Kuo daugiau duomenų bus surinkta, tuo aiškiau bus galima nustatyti ne tik skysto anglies, bet ir kitų lengvųjų elementų struktūrą esant ekstremalioms sąlygoms. Šis tyrimas patvirtino šiuolaikinių skaičiavimo metodų, tokių kaip tankio funkcinio teorijos simuliacijos, tikslumą. Jos pasirodė esą itin patikimos numatant materijos savybes prie labai didelio slėgio ir aukštos temperatūros.

Šis proveržis laikomas pirmuoju dideliu žingsniu link to, kad galėtume pilnai suprasti materijos elgseną pačiomis ekstremaliausiomis sąlygomis visatoje. Tai gali ne tik atverti naujas galimybes planetų ir žvaigždžių tyrimuose, bet ir paskatinti pažangą branduolinės sintezės technologijose. Nors praktinių taikymų dar teks palaukti, atradimas jau dabar rodo, kad mokslas gali pasiekti tai, kas anksčiau atrodė neįmanoma.