Le matériau dans des conditions extrêmes de température et de pression extrêmement élevées s’avère remarquablement simple et universel

Des scientifiques de l’Université Queen Mary de Londres ont fait deux découvertes sur le comportement de la « matière supercritique » – la matière au point critique où les différences entre les liquides et les gaz semblent disparaître.

Alors que le comportement de la matière à température et pression raisonnablement basses était bien compris, l’image de la matière à température et pression élevées n’était pas claire. Au-dessus du point critique, les différences entre les liquides et les gaz semblent disparaître et le supercritique devient chaud, dense et homogène.

Les chercheurs pensent qu’il existe une nouvelle physique, encore non révélée, de la matière à l’état supercritique.

En appliquant deux paramètres – Capacité thermique Et la longueur à laquelle les ondes peuvent se propager dans le système, ils ont fait deux découvertes principales. Premièrement, ils constatent qu’il existe une constante réflexion Le point entre les deux où une substance change ses propriétés physiques – de liquide à gaz. Ils constatent également que ce point d’inflexion est remarquablement proche dans tous les systèmes étudiés, ce qui nous indique que la matière supercritique est étonnamment simple et se prête à une nouvelle compréhension.

En plus d’une compréhension de base des états de la matière et d’un diagramme de transition de phase, une compréhension de la matière supercritique a de nombreuses applications pratiques ; L’hydrogène et l’hélium sont supercritiques dans les planètes géantes gazeuses telles que Jupiter et Saturne, et contrôlent ainsi leurs propriétés physiques. Dans les applications environnementales vertes, fluides supercritiques Il s’est également avéré très efficace pour détruire les déchets dangereux, mais les ingénieurs veulent de plus en plus des conseils théoriques afin d’améliorer l’efficacité des opérations supercritiques.

Kostya Trachenko, professeur de physique à l’Université Queen Mary de Londres, a déclaré : « L’universalité prouvée de la matière supercritique ouvre la voie à une nouvelle image physiquement transparente de la matière dans des conditions extrêmes. C’est une perspective passionnante d’un point de vue fondamental. Dans en plus de comprendre et de prédire les propriétés supercritiques dans les applications de l’environnement vert, l’astronomie et d’autres domaines.

« Ce voyage est en cours et est susceptible de voir des développements passionnants à l’avenir. Par exemple, il remet en question si un point d’inflexion stationnaire est lié aux transitions de phase traditionnelles d’ordre supérieur ? Peut-il être décrit en utilisant les idées actuelles intégrées dans la théorie des transitions de phase , ou y a-t-il un besoin pour quelque chose de complètement nouveau et différent ? En repoussant les limites de ce qui est connu, nous pouvons identifier ces nouvelles questions passionnantes et commencer à chercher des réponses. »

méthodologie

Le principal problème dans la compréhension de la matière supercritique était que les théories des gaz, des liquides et des solides n’étaient pas applicables. On ne sait toujours pas quels paramètres physiques révéleront les caractéristiques les plus importantes de l’état supercritique.

Armés d’une compréhension précoce des fluides à basses températures et pressions, les chercheurs ont utilisé deux paramètres pour décrire un supercritique.

1. Le premier paramètre est une propriété couramment utilisée : il s’agit de la capacité calorifique qui indique l’efficacité avec laquelle le système absorbe la chaleur et contient des informations de base sur les degrés de liberté du système.

2. Le deuxième paramètre est moins courant : la longueur sur laquelle les ondes peuvent se propager dans le système. Cette longueur contrôle l’espace de phase disponible pour les phonons. Lorsque cette longueur atteint la plus petite valeur possible et devient égale à la séparation des atomes, quelque chose de vraiment intéressant se produit.

Les scientifiques ont découvert qu’en fonction de ces deux paramètres, le problème dans des conditions difficiles Une pression et une température plus élevées deviennent remarquablement globales.

Cette universalité est double. Tout d’abord, le tracé de l’amplitude de la chaleur en fonction de la longueur de propagation des ondes a un point d’inflexion fixe étonnant qui correspond à la transition entre deux états supercritiques physiquement différents : un état liquide et un état gazeux. En traversant ce point de réflexion, la substance supercritique change d’interrupteur propriétés physiques. Le point d’inflexion sert surtout de moyen non ambigu pour séparer les deux états, ce qui occupe l’esprit des scientifiques depuis un certain temps.

Deuxièmement, la localisation de ce point d’inflexion est remarquablement proche dans tous les types de systèmes étudiés. Ce deuxième monde diffère nettement de tous les autres points de transition connus. Par exemple, deux de ces points de transition – le point triple où les trois états de la matière (liquide, gaz et solide) coexistent et existent point critique L’endroit où la ligne d’ébullition gaz-liquide se termine — varie selon les systèmes. D’autre part, le même point d’inflexion dans tous les systèmes à des conditions supercritiques extrêmes nous indique que supercritique publier C’est d’une simplicité intrigante.

Révéler et démontrer cette simplicité est la principale conclusion de l’article « Double Universality of Transition in état super critiquePublié dans progrès scientifique.