«Ανατροπή στα Χρηματιστήρια: Το Ακραίο Πείραμα για τον Χρυσό που Άλλαξε τα Πάντα!»

Ο χρυσός, πέρα από το αναγνωρίσιμο ρόλο του ως σύμβολο πλούτου ή ως υλικό για ηλεκτρονικά εξαρτήματα υψηλής αξιοπιστίας, αναδεικνύεται και σε θεμελιώδη εργαλείο στη σύγχρονη φυσική υψηλών πιέσεων. Παρά ταύτα, πολλές πτυχές της συμπεριφοράς του παρέμεναν αδιευκρίνιστες μέχρι πρόσφατα.

Μια νέα σειρά πειραμάτων που διεξήχθησαν από το Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) υπόσχονται να φέρουν επανάσταση στην κατανόηση αυτού του πολύτιμου μετάλλου. Ως αποτέλεσμα της συνεργασίας μιας διεθνούς ομάδας ερευνητών, χρησιμοποιώντας ακτίνες Χ υψηλής ταχύτητας και lasers ακραίας ισχύος, καταγράφηκε με πρωτοφανή ακρίβεια η παραμόρφωση του χρυσού υπό πιέσεις που είναι σχεδόν δέκα εκατομμύρια φορές μεγαλύτερες από αυτές της γήινης ατμόσφαιρας.

Αυτά τα ευρήματα υπερβαίνουν μια απλή περιγραφή της υλικής συμπεριφοράς σε ακραίες συνθήκες. Για την επιστημονική κοινότητα, αποτελούν θεμέλιο λίθο για εκατοντάδες μελλοντικές έρευνες. Ο χρυσός, που χρησιμοποιείται ως υλικό αναφοράς στην έρευνα υπερπιεσμένων υλικών, απαιτεί ακριβή κατανόηση συμπεριφοράς του για να μπορέσουν οι φυσικοί να αναμείνουν ασφαλή συμπεράσματα σε πειραμάτων.

Η διαδικασία διεξήχθη σε δύο από τα πιο σύγχρονα εργαστήρια μας: το National Ignition Facility και το OMEGA EP. Οι ειδικά διαμορφωμένοι παλμοί laser συμπλήρωσαν δείγματα χρυσού σε εξαιρετικά σύντομες χρονικές περιόδους, με αποτέλεσμα να προκύπτουν πιέσεις παρόμοιες με εκείνες που επικρατούν στο εσωτερικό ενός γίγαντα αερίου, όπως ο Δίας, χωρίς όμως να προκαλούν τη λιώση του μετάλλου.

Αμέσως μετά την εφαρμογή της πίεσης, ακτίνες Χ καταγράφουν την κρυσταλλική δομή του υλικού, αποτυπώνοντας δεδομένα σε μια εξαιρετικά σύντομη χρονική περίοδο ενός δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου. Αυτή η πρωτοποριακή τεχνική, όπως τονίζει η Amy Coleman από το LLNL, επιτρέπει στους επιστήμονες να παρακολουθήσουν με βεβαιότητα την ατομική δομή του χρυσού σε υψηλές πιέσεις, κάτι που μέχρι τώρα ήταν εφικτό μόνο μέσω υπολογιστικών προσομοιώσεων.

Σε κανονικές συνθήκες, ο χρυσός έχει μια πολύ σταθερή κρυσταλλική δομή, γνωστή ως κυβική εδροκεντρωμένη (FCC). Ωστόσο, θεωρητικά μοντέλα έχουν δείξει ότι σε ακραίες πιέσεις, αυτή η δομή μπορεί να αλλάξει, ίσως ακόμη και να μεταπηδήσει σε διαφορετική γεωμετρία. Όμως τα μοντέλα αυτά διαφώνησαν για το πότε και πώς συμβαίνει αυτή η μετάβαση.

Τα νέα πειράματα προσφέρουν απαντήσεις στο εν λόγω μυστήριο. Η δημοσίευση στο Physical Review Letters αποκαλύπτει ότι η δομή FCC αντέχει σε πολύ μεγαλύτερες πιέσεις απ’ ό,τι θεωρούνταν προηγουμένως. Διατηρεί τη σταθερότητά της έως πιέσεις σχεδόν διπλάσιες από εκείνες στο κέντρο της Γης. Μόνο όταν ξεπεραστεί αυτό το όριο αρχίζει να εμφανίζεται μια δεύτερη δομή, κυβική χωροκεντρωμένη (BCC). Εντυπωσιακό είναι ότι η μετάβαση δεν είναι απότομη, καθώς οι δύο δομές συνυπάρχουν στα ίδια δείγματα, υποδεικνύοντας μια πιο περίπλοκη διαδικασία αλλαγής φάσης.

Η συνύπαρξη αυτή υποδηλώνει ότι η θερμοκρασία διαδραματίζει σημαντικότερο ρόλο απ’ ό,τι αρχικά πιστευόταν. Μικρές μεταβολές, φαινομενικά αμελητέες σε κανονικά πειράματα, μπορούν να επηρεάσουν τα όρια των δομών υπό αυτές τις πιέσεις. Αυτό υπογραμμίζει την ανάγκη για ακόμη πιο ακριβείς μετρήσεις θερμοκρασίας, ιδιαίτερα σε πειράματα που χρησιμοποιούν το χρυσό ως πρότυπο.

Η σημασία αυτών των ευρημάτων εκτείνεται πέρα από το υλικό αυτό καθεαυτό. Μελέτες σχετικά με το εσωτερικό εξωπλανητών, έρευνες για την ύλη σε εξαιρετικά πυκνές μορφές και εφαρμογές στη μελλοντική πυρηνική σύντηξη βασίζονται σε υλικά αναφοράς υψηλής αξιοπιστίας. Αν ο χρυσός εμφανίζει συμπεριφορές που δεν είχαν προηγουμένως επιβεβαιωθεί, τότε είναι αναγκαία η διόρθωση των δεδομένων ώστε να στηριχθούν σε περισσότερο ακριβή φυσικά μοντέλα.