MY.UAНовини
Вчені розплавили алмаз, але він повівся зовсім не так, як очікували
Вчені розплавили алмаз, але він повівся зовсім не так, як очікували

Вчені розплавили алмаз, але він повівся зовсім не так, як очікували

Алмаз вважається найтвердішим природним мінералом на Землі, однак його надзвичайна міцність не означає, що він не може перейти в рідкий стан. Щоб розплавити вуглець у структурі алмазу, потрібні умови, які практично неможливо створити у звичайній лабораторії без спеціального обладнання. Про це пише Sciencealert.

Як алмаз поводиться перед плавленням?

Нова серія експериментів показала, що за таких умов алмаз поводиться досить незвично. Його атоми не починають перебудовуватися в іншу кристалічну форму безпосередньо перед плавленням. Натомість алмаз зберігає знайому кубічну структуру майже до самого моменту переходу в рідкий вуглець.

Дослідження провела команда фізиків під керівництвом Маріуса Мійо з Ліверморської національної лабораторії імені Лоуренса у США. Експерименти виконували на лазерній установці OMEGA Лабораторії лазерної енергетики Університету Рочестера.

Дослідники спрямовували потужні лазерні імпульси на крихітні зразки алмазу, створюючи ударні хвилі. Це дозволило стиснути матеріал до тиску від 600 гігапаскалів до 1,8 терапаскаля. Для порівняння, тиск у центрі Землі становить близько 360 гігапаскалів. Отже, у найекстремальнішій частині експерименту дослідники створювали умови, які значно перевищували тиск у земному ядрі.

Старі експерименти дали фізикам проблему

Спроби розплавити алмаз проводилися ще раніше. У 2007 році дослідники повідомили про плавлення алмазу під дією лазерної ударної хвилі за тиску близько 750 гігапаскалів. Це було більш ніж удвічі вище за тиск у внутрішньому ядрі Землі та приблизно у 7,4 мільйона раза більше за атмосферний тиск на рівні моря.

У 2009 році команда фізиків Ліверморської національної лабораторії під керівництвом Джона Еггерта безпосередньо виміряла температуру плавлення алмазу.

Проте з удосконаленням теоретичних моделей виникла проблема. Розрахунки на основі квантової механіки передбачали температуру плавлення, яка приблизно на 20 відсотків відрізнялася від отриманої експериментально. За словами Маріуса Мійо, дослідники не могли пояснити цю невідповідність навіть за допомогою найсучасніших комп'ютерних симуляцій.

"Що б теоретики не робили – навіть із використанням найсучасніших методів комп'ютерного моделювання – вони не могли відтворити результати експериментів", – пояснив Мійо.

Тепер фізики вважають, що проблема була не в теоретичних розрахунках, а в точності попередніх експериментальних вимірювань.

Чи мав алмаз перетворитися на іншу форму вуглецю?

Перед новим експериментом залишалося ще одне важливе питання. Теоретичні моделі передбачали, що приблизно за тиску 1 терапаскаль алмаз повинен на короткий час перейти в іншу форму вуглецю, відому як BC8, перш ніж остаточно розплавитися.

BC8 має іншу атомну структуру, ніж звичайний кубічний алмаз. Раніші експерименти навіть інтерпретували отримані дані як можливу ознаку такого переходу за тиску понад 900 гігапаскалів. Однак нові комп'ютерні моделі поставили цю інтерпретацію під сумнів. Вони показували, що під час дуже швидкого стиснення алмаз може просто не встигнути перебудувати свою структуру.

Експеримент 2009 року дозволив досягти тиску до 1,1 терапаскаля, але тодішнє обладнання не мало достатньої чутливості, щоб надійно визначити, чи виникає фаза BC8 перед плавленням. Технології вимірювання за екстремальних умов відтоді значно вдосконалилися. Саме це дозволило команді Мійо повторити дослідження та одночасно спостерігати за температурою, тиском і змінами атомної структури.

Нові вимірювання змінили температуру плавлення алмазу

Під час нового експерименту вчені не просто стискали алмаз лазерними ударними хвилями. Вони одночасно вимірювали швидкість поширення ударної хвилі, температуру матеріалу, його відбивну здатність і, що особливо важливо, атомну структуру за допомогою рентгенівського випромінювання.

Таким способом дослідники змогли визначити, що відбувається з алмазом безпосередньо під час переходу до рідкого стану.

"Ми змогли взяти крихітні зразки алмазу та стиснути їх ударною хвилею до температури, вищої за температуру поверхні Сонця, і до тиску, вищого за тиск у центрі Нептуна та Урана, – і водночас виміряти атомну структуру, температуру, густину та оптичну відбивну здатність", – розповів Мійо.

Нові дані показали, що температура плавлення алмазу становить приблизно 7300 кельвінів за тиску близько 1 терапаскаля. Це значно нижче за показники, отримані під час попередніх експериментів, і набагато краще узгоджується з теоретичними розрахунками.

Джон Еггерт визнав, що попередні вимірювання виявилися неточними більш ніж на 1000 градусів.

"Хоча було неприємно виявити, що наші початкові вимірювання температури були помилковими більш ніж на 1000 градусів, захопливо бачити настільки значне покращення якості даних завдяки новим методам діагностики", – зазначив Еггерт.

Алмаз не встиг перетворитися на BC8

Рентгенівські вимірювання дали відповідь і на питання про передбачувану фазу BC8. Коли дослідники поступово підвищували тиск, сигнал дифракції від алмазу ставав дедалі слабшим. Це означало, що кількість кристалічного матеріалу зменшувалася в міру плавлення.

Але поки вчені все ще могли виявити атомну структуру твердого матеріалу, вона залишалася саме кубічною структурою звичайного алмазу. Жодних переконливих ознак значного утворення фази BC8 команда не виявила. Натомість твердий алмаз і рідкий вуглець просто співіснували, доки процес плавлення не завершився.

Фізики припускають, що причина полягає у надзвичайно міцних зв'язках між атомами вуглецю. Для переходу до BC8 ці зв'язки потрібно розірвати та перебудувати атомну структуру. На це потрібна додаткова енергія та час.

Експеримент триває настільки короткий проміжок часу, що алмаз, імовірно, просто не встигає здійснити необхідну перебудову. Він плавиться раніше, ніж може перейти в передбачену теорією фазу.

Чому розплавлений алмаз поводиться ще дивніше?

У надзвичайних умовах алмаз демонструє ще одну властивість, яка нагадує поведінку звичайного льоду.

Твердий алмаз виявився менш щільним, ніж рідкий вуглець, який утворюється після його плавлення. Тобто в певних умовах твердий алмаз теоретично міг би плавати на поверхні власного розплаву.

Це незвичайна властивість, але не унікальна для твердих речовин. Схожий ефект добре відомий у води: лід має меншу густину, ніж рідка вода, тому плаває на її поверхні. Є й інша несподівана особливість. У певному діапазоні плавлення підвищення тиску не підвищує, а навпаки, знижує температуру, за якої алмаз переходить у рідкий стан.

Такі властивості важливі не лише для фундаментальної фізики. Вони допомагають зрозуміти, як поводиться вуглець там, де на нього діють тиск і температура, недоступні за звичайних умов.

Результати можуть допомогти дослідникам краще зрозуміти внутрішню будову крижаних гігантів Сонячної системи – Урана та Нептуна. Глибоко всередині цих планет речовина перебуває під колосальним тиском і за дуже високої температури. Умови експерименту частково відтворюють параметри, які можуть існувати в надрах таких планет.

Точні знання про поведінку вуглецю за екстремальних умов дозволяють удосконалювати моделі внутрішньої структури планет і процесів, що відбуваються далеко під їхніми верхніми шарами.

Нові дані можуть допомогти лазерному термоядерному синтезу

Практичне значення роботи не обмежується планетологією. Алмаз широко використовують як матеріал для мішеней у дослідженнях інерційного термоядерного синтезу.

У таких експериментах крихітну паливну капсулу стискають за допомогою надпотужних лазерів. Під час імплозії матеріали оболонки можуть опинятися під тиском, подібним до того, який дослідники створювали під час експериментів з алмазом. Тому точніша модель поведінки вуглецю за таких умов може допомогти створювати надійніші комп'ютерні симуляції термоядерних експериментів.

Дослідники вже перевірили оновлену модель вуглецю у своїх симуляціях. Вони встановили, що прогнозований приріст енергії термоядерного синтезу потенційно може збільшитися до трьох разів.

За словами Мійо, нові результати також показують, що під час імплозії на установці NIF можна використовувати дещо повільніші початкові ударні хвилі та все одно домогтися повного плавлення алмазу.

Це важливо, оскільки повільніша ударна хвиля дозволить сильніше стиснути термоядерне паливо. Це, своєю чергою, збільшує максимальний вихід енергії, який можна отримати за тієї самої енергії лазера, – пояснив фізик.

Отже, експеримент із плавленням алмазу допоміг не лише точніше визначити його властивості. Він також дав фізикам нову інформацію для моделювання речовини всередині далеких планет і може вплинути на подальший розвиток досліджень керованого термоядерного синтезу.

Поділитися
Поділитися сюжетом
Джерело матеріала
Неожиданный поворот: названа истинная причина смерти Сергея Соседова
MY.UA
2026-09-26T15:52:48Z
Автоматического пересчета не будет: пенсионеры должны лично сообщить ПФУ
Знай
2026-09-26T18:45:55Z
Трагедия в центре столицы: Залужный потерял близких из-за атаки на здание НАН
Comments UA
2026-09-28T12:27:58Z
27 сентября: какой церковный праздник, три "нельзя" этого дня
UAToday
2026-09-27T04:45:48Z
Генерал Франции признал крах совместного проекта танка с Германией
MY.UA
2026-10-09T19:46:06Z
Педагоги после 5 лет службы: Возможна ли демобилизация?
MY.UA
2026-10-09T16:24:59Z
Вышли на работу — потеряли пенсию: кому ПФУ не простит трудоустройство
Знай
2026-10-02T17:30:07Z
Финиш уже близко: петиции о снижении возраста мобилизации до 55 лет не хватает меньше 4 тысяч подписей
Новости Украины
2026-10-02T13:09:36Z
Церковный праздник 2 октября: история Киприана и Юстины, приметы и что нельзя делать
Знай
2026-10-02T07:06:59Z
Женщины с этими именами приносят всем счастье: они добрые, но очень сильные, умные и решительные
TSN
2026-09-28T07:21:03Z
Никогда не делайте этого с унитазом: сантехники назвали три ошибки, которые могут дорого стоить
TSN
2026-10-03T15:36:22Z
Никогда не влюбляйтесь в эти два знака зодиака: они могут подарить надежду, но не способны ответить вам взаимностью
Gazeta UA
2026-09-28T03:01:53Z
Никогда не кричите эти семь слов своей собаке: кинологи объяснили, чем это может навредить
TSN
2026-10-03T16:06:20Z
5 блюд из одной курицы: как сэкономить время и деньги на домашней пище
TSN
2026-10-09T09:18:15Z
Китайский гороскоп на завтра, 10 октября: Тиграм - интерес, Крысам - расчистка
GlavRed
2026-10-09T08:48:13Z
Зачем оставлять разрезанный картофель в ванной на ночь: неожиданный результат
GlavRed
2026-10-02T16:26:37Z
Осенние драники с начинкой за 20 минут: рецепт шикарного ужина
GlavRed
2026-09-30T13:00:54Z
Что означает маркировка С1 на яйцах: где купить дешевле и как выбрать свежий десяток
Знай
2026-09-26T22:31:43Z
Давление может снизиться без таблеток: ученые назвали одно простое упражнение
Comments UA
2026-10-08T21:33:28Z
Неизвестная инфекция в Украине: врач обнаружил необычные симптомы
MY.UA
2026-09-27T00:20:26Z
Эти сигналы появляются задолго до деменции: 6 тревожных предвестников
Comments UA
2026-09-29T09:51:03Z
Диагностика, пломбы и протезирование: украинцам могут покрыть сумасшедшие расходы
Знай
2026-09-28T04:27:57Z
8 продуктов, в которых витамина B12 намного больше, чем в яйцах
UAToday
2026-10-09T09:03:12Z
Врач сказал, что без химиотерапии она умрёт: спустя 6 лет женщина узнала страшную правду
TSN
2026-10-09T07:48:39Z
Дешевле лосось, но не менее интересна: какую рыбу точно стоит добавить в рацион
Comments UA
2026-10-01T07:00:16Z
Морковь будет хрустящей, вкусной и сочной до самой весны: как правильно хранить
TSN
2026-09-28T15:12:56Z
Никогда не ложитесь спать в это время: врачи объяснили, чем это угрожает здоровью
TSN
2026-10-07T09:36:29Z
Держите дома купюры 20, 50 и 100 грн: срочное обращение НБУ к украинцам
Знай
2026-09-28T08:06:40Z
Это не за газ: в платежках украинцев появился новый обязательный счет, готовьте по 1000 грн
Знай
2026-09-28T08:15:35Z
Синие 100 долларов в обращении: НБУ объяснил, что делать со старыми купюрами
Знай
2026-09-28T15:51:48Z
Субсидии в октябре: почему многие украинцы рискуют остаться без государственной помощи
Знай
2026-09-27T18:45:17Z
ЕС готовится сократить бюджет на 100-200 миллиардов евро: что это значит?
MY.UA
2026-10-09T15:54:04Z
Поезда на вокзале Днепра опаздывают до 4 часов: полный список задержанных рейсов
Знай
2026-10-09T09:12:23Z
Доплатят 2595 грн до пенсии: нужно успеть подать заявление
Знай
2026-09-27T16:28:31Z
Газ почти вдвое дороже, свет — до 8,5 грн: что готовят украинцам
Знай
2026-09-27T16:06:05Z
Неожиданные доплаты: кто из пенсионеров в Украине получит дополнительные средства
MY.UA
2026-09-27T13:23:49Z
13-летняя школьница из Николаевской области родила от взрослого: мужчина придумал, как избежать наказания
TSN
2026-10-03T07:09:14Z
На территории России устроили ядерный взрыв
Gazeta UA
2026-10-02T05:06:03Z
14-летняя девушка задушила военного: неожиданные детали преступления в Ровно
MY.UA
2026-10-09T09:27:26Z
Прилет в центре Днепра: что атаковал враг
Comments UA
2026-09-28T10:06:24Z
Утренняя атака на Киевскую область: под завалами ищут женщину, есть пострадавшие
MY.UA
2026-10-09T16:56:05Z
Трагедия в Харькове: атака РФ уничтожила цех бренда Mangelo, есть погибшие
MY.UA
2026-10-09T15:22:58Z
Россияне ударили по офисному центру в Днепре, есть пострадавшие
Комсомольская правда
2026-09-28T08:53:48Z
РФ ударила по многоэтажке в Харькове: много пострадавших
Фокус
2026-09-28T08:23:28Z
Утренний «привет» от Кремля: в Киеве после удара по административному зданию спасли двух человек. ФОТО
Новости Украины
2026-09-28T07:03:29Z
Тайна кольца "Понтий Пилат": Артефакт, проливающий свет на распятие Иисуса
MY.UA
2026-10-09T18:44:30Z
Столб пепла на 50 км и гибель 1,3 миллиарда человек: чем грозит планете извержение супервулкана Йеллоустон
TSN
2026-09-27T06:06:13Z
На Земле появится новый океан: ученые ошарашили своим прогнозом
Знай
2026-09-26T20:15:59Z
AMD впервые достигла $1 трлн, но Nvidia стоит $5,45 трлн: топ-5 самых дорогих компаний мира
Знай
2026-09-26T13:06:54Z
Ночная атака на Калугу: дроны вывели из строя крупный датацентр «Яндекса»
MY.UA
2026-10-09T10:29:42Z
Источник солнечной бури: ученые выяснили происхождение странных магнитных явлений на Солнце
Фокус
2026-10-09T09:30:05Z
Отключение интернета после ударов: во сколько обойдется Starlink украинцам
Знай
2026-09-26T10:15:58Z
Искусственный интеллект в бегах: агент OpenAI вырвался из изоляции и отправил не менее 20 запросов стороннему чат-боту
Новости Украины
2026-09-26T09:18:23Z
Ученые наконец-то выяснили, зачем люди целуются: ответ оказался совсем неожиданным
Comments UA
2026-10-08T22:00:30Z
Умерла 13-летняя дочь известного актера: названа причина
Фокус
2026-10-02T08:45:28Z
Брат известной актрисы поддержал Россию: что известно
Фокус
2026-09-28T11:45:36Z
46-летняя Витвицкая стала мамой: первые фото сына и трогательные слова
MY.UA
2026-09-26T17:09:45Z
"Он приставал": муж Лорак вызверился на Путина
GlavRed
2026-09-28T09:00:57Z
Неожиданная правда: как Сидни Суини стала родственницей Мэрилин Монро?
MY.UA
2026-10-09T18:13:30Z
Примадонна Алла Пугачева травмировалась: что случилось со звездой?
MY.UA
2026-10-09T17:42:32Z
Анастасия Цимбалару с сигаретой устроила эффектную фотосессию в стиле Vogue
Gazeta UA
2026-09-28T08:24:08Z
Наталья Денисенко показала подросшего сына от Фединчика и насмешила необычным сюрпризом для него
TSN
2026-09-28T08:09:22Z
Соломия Витвицкая показала новорожденного сына и рассказала, чему сейчас учится в роддоме
TSN
2026-09-28T08:00:29Z
Путин готовит новый мощный удар по Украине: озвучена оговорка о целях и сроках
Comments UA
2026-10-09T09:39:58Z
Главной мишенью РФ станут 4 города Украины: Зеленский раскрыл планы массированных атак зимой
TSN
2026-10-02T13:51:03Z
Европа панически боится быстрого прекращения войны в Украине: политолог предупредил о страшной "измене"
Comments UA
2026-10-02T09:09:01Z
Путин начнет самый страшный этап подавления Украины: эксперт ошеломил деталями
Comments UA
2026-10-01T10:12:21Z
Лейбористы одерживают важную победу на довыборах в Лондоне: что это значит?
MY.UA
2026-10-09T19:15:15Z
Майами-2026: Треть поляков ожидает встречи президента с Путиным на G20
MY.UA
2026-10-09T17:58:01Z
Путин готов применить ядерное оружие: что сдерживает от последнего шага
Comments UA
2026-09-30T16:09:39Z
Путин выступил перед Думой с дерзкими заявлениями о войне
TSN
2026-09-30T15:09:11Z
Россияне нанесли массированный удар КАБами: есть раненые и разрушения
TSN
2026-09-30T14:24:51Z
На Украину сунет опасная стихия: синоптики забили тревогу и назвали "красные" области
TSN
2026-10-08T05:51:05Z
18 дополнительных шаттлов между берегами Киева: до 6 рейсов в час, билет — 30 грн
Знай
2026-10-06T14:57:28Z
Транспортный коллапс в Киеве: вагоны метро забиты, на дорогах пробки, — СМИ
Фокус
2026-10-06T07:36:28Z
Атака на Запорожье: мост через Днепр перекрыт, есть раненые
MY.UA
2026-10-06T04:02:36Z
Киев погрузился во тьму: экстренные отключения парализовали электротранспорт
MY.UA
2026-10-09T19:30:41Z
Обесточивание в Киеве: движение поездов метро остановлено на "зеленой" ветке
MY.UA
2026-10-09T18:59:53Z
Прибыльные инвестиции, убытки и романтика: что ждет знаки Зодиака 6 октября
Новости Украины
2026-10-05T13:30:55Z
"Власти надо искать ПВО для Киева, а не отмазки" - эксперт напомнил, кто отвечает за безопасность в столице и всей Украине
Gazeta UA
2026-10-05T11:24:15Z
Песков сделал новое заявление о продвижении на Донбассе: когда РФ может остановиться
Comments UA
2026-10-05T08:15:47Z
Неожиданная смена: Мальдера шокировал составом сборной Украины на матч против Грузии
MY.UA
2026-09-28T06:50:31Z
«Толкнул и убежал»: капитан сборной Венгрии устроил провокацию в игре с Украиной. ВИДЕО
Новости Украины
2026-09-27T12:18:25Z
Трубин сыграет в воротах сборной Украины против Грузии после 4 сейвов Ризныка
Знай
2026-09-28T07:15:53Z
Российский FPV-дрон повредил харьковский стадион «Металлист»
MY.UA
2026-09-27T09:33:15Z
Американский хоккеист Хейс покинул РФ: 5 матчей и 80 млн рублей упущенного заработка
MY.UA
2026-10-09T14:05:56Z
Туран отказался возглавить сборную Турции и хочет продолжать работать в "Шахтере"
ZN UA
2026-10-09T09:09:45Z
Российский дрон атаковал стадион ОСК "Металлист" в Харькове
ZN UA
2026-09-27T08:10:39Z
Молодежная сборная Украины не смогла выйти на Евро-2027
ZN UA
2026-09-26T22:17:35Z
Украина сенсационно обыграла Китай на шахматной Олимпиаде-2026
ZN UA
2026-09-26T18:38:33Z
Мало кто из водителей знает: что на самом деле означает буква "E" на коробке передач
TSN
2026-09-29T16:09:32Z
Наталья Могилевская выбрала Audi Q5: новая эпоха в жизни певицы
MY.UA
2026-10-01T09:17:27Z
Штраф до 680 грн за изношенные шины: какой протектор разрешён водителям зимой
Знай
2026-10-02T20:15:43Z
Радары прячут в асфальт: обгон через сплошную наказывают штрафом до 345 евро
Знай
2026-10-09T04:51:01Z
От Bentley до Mercedes: 5 люксовых авто, которые заставляют владельцев платить еще больше
Фокус
2026-10-08T19:20:45Z
Популярный размер шин стремительно исчезает с продажи: украинцы массово переходят на большие колеса
Фокус
2026-10-08T19:20:44Z
Владельцы авто могут проверить VIN: в Украине собрали почти 6 тысяч отзывов в единой базе
Фокус
2026-10-08T19:20:34Z
Украинцы массово везут эти авто из-за границы: какая модель стала номером 1 в сентябре
Фокус
2026-10-08T19:20:24Z
Назвали самые популярные подержанные автомобили из-за рубежа
Gazeta UA
2026-10-08T07:42:35Z