Не твердое, не жидкое и даже не просто плазма: российские физики обнаружили необычный переход
iXBT.com ·
Ученые Объединенного института высоких температур РАН обнаружили признаки ранее не описанного фазового перехода в плазме цезия. Согласно результатам моделирования, при экстремальных температурах и давлениях вещество может переходить между двумя состояниями с почти одинаковым давлением, но резко различающейся электропроводностью. Об этом сообщили в Минобрнауки.
Ученые Объединенного института высоких температур РАН обнаружили признаки ранее не описанного фазового перехода в плазме цезия. Согласно результатам моделирования, при экстремальных температурах и давлениях вещество может переходить между двумя состояниями с почти одинаковым давлением, но резко различающейся электропроводностью. Об этом сообщили в Минобрнауки.
Исследователи изучали поведение цезия при температурах от 500 до 20 000 К и давлениях от примерно одного гектопаскаля до нескольких терапаскалей. В таких условиях привычного разделения вещества на твердое, жидкое и газообразное состояния уже недостаточно: атомы оказываются очень близко друг к другу, а вещество подвергается многократной ионизации и превращается в плотную плазму.
При этом обнаруженный эффект не связан с обычным переходом вещества в плазменное состояние. Речь идет о превращении уже существующей плотной плазмы из одной фазы в другую. По результатам расчетов, при сжатии цезия могут формироваться два промежуточных состояния с практически одинаковым давлением, но существенно разными электрическими свойствами.
Эффект удалось выявить с помощью квантовой молекулярной динамики — вычислительного метода, который позволяет моделировать движение и взаимодействие частиц с учетом квантовых эффектов. Расчеты показали, что обнаруженный переход нельзя объяснить привычными процессами плавления или испарения. Он возникает непосредственно в области многократной ионизации и, по мнению исследователей, представляет собой отдельное фазовое превращение плотной плазмы.
Еще одним необычным результатом стало наличие двух предполагаемых критических точек на линии фазового равновесия. Критическая точка соответствует условиям температуры и давления, при которых граница между двумя фазами исчезает и они больше не могут существовать одновременно.
По словам авторов исследования, ранее для системы, состоящей из атомов одного химического элемента, две критические точки на одной линии фазового равновесия не наблюдались. Если результат подтвердится дальнейшими исследованиями, он может расширить представления о поведении плотной плазмы и фазовых переходах в экстремальных условиях.
Полученные данные представляют интерес для физики высоких плотностей энергии. Подобные состояния вещества возникают при воздействии мощного лазерного излучения, прохождении быстрых тяжелых ионов через вещество, а также в ряде астрофизических объектов.
Дальнейшее изучение эффекта может помочь точнее моделировать свойства вещества при температурах и давлениях, которые практически невозможно длительное время поддерживать в лаборатории. В перспективе такие модели могут использоваться для объяснения необычных свойств вещества в экстремальных условиях, в том числе возникающих внутри астрофизических объектов.