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
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
Не ищут "половинки": 4 даты рождения, приносящие счастье в одиночестве
MY.UA
2026-10-10T08:44:48Z
Как челка может изменить образ: 4 идеи для женщин после 50
MY.UA
2026-10-10T08:13:59Z
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
Женщина три года не сходит с круизного лайнера: туристка раскрыла преимущества жизни в VIP-статусе
TSN
2026-09-27T17:06:52Z
Неизвестная инфекция в Украине: врач обнаружил необычные симптомы
MY.UA
2026-09-27T00:20:26Z
Давление может снизиться без таблеток: ученые назвали одно простое упражнение
Comments UA
2026-10-08T21:33:28Z
Почему перед глазами летают «мушки» и когда это может быть признаком серьезной проблемы
UAToday
2026-09-29T09:00:35Z
Дешевле лосось, но не менее интересна: какую рыбу точно стоит добавить в рацион
Comments UA
2026-10-01T07:00:16Z
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
Зелёную рядовку в Европе ограничивают: гриб разрушает мышцы, а украинцы собирают её корзинами
Знай
2026-09-28T01:45:56Z
Поможет успокоиться и расслабиться: врачи назвали напиток, который улучшает сон
Знай
2026-09-27T18:57:00Z
Что люди видят перед смертью: врач хосписа рассказал о необычных видениях пациентов
TSN
2026-09-27T12:51:03Z
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
Эти знаки зодиака никогда не забудут, что вы должны им деньги: они помнят каждую копейку
TSN
2026-09-27T15:03:35Z
Восемь категорий уязвимости: имеет ли ваша семья право на денежную поддержку
Знай
2026-09-27T10:36:29Z
РФ меняет тактику: реактивные дроны атакуют Украину и создают вызовы для ПВО
MY.UA
2026-10-10T09:15:26Z
Легкий заработок оборачивается тюрьмой: украинцев заманивают в схему "денежных мулов"
MY.UA
2026-10-10T06:57:00Z
Родители не владельцы: почему нельзя просто так продать квартиру, где есть доля ребенка
Знай
2026-09-27T06:45:21Z
Воздвижение Честного Креста по старому календарю: строгий пост и главные запреты
Знай
2026-09-27T05:15:12Z
Какой 27 сентября праздник — все об этом дне
UAToday
2026-09-27T05:03:19Z
Держите дома купюры 20, 50 и 100 грн: срочное обращение НБУ к украинцам
Знай
2026-09-28T08:06:40Z
7 расходов при аренде квартиры: что по закону платит арендатор, а что — владелец
Знай
2026-10-09T03:36:50Z
Прекратятся ли выплаты пенсий в Украине: эксперты сделали интересный прогноз
TSN
2026-10-02T14:36:14Z
Автоматический перерасчет в октябре: кому из пенсионеров насчитают возрастные доплаты
Comments UA
2026-10-01T09:00:03Z
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
Коммуналку можно не платить: кто из украинцев имеет право на 100% скидку
Знай
2026-09-29T04:43:25Z
Что изменится в Украине от 1 октября 2026 года: цены, тарифы, пенсии, выплаты и субсидии
TSN
2026-09-28T16:33:51Z
Синие 100 долларов в обращении: НБУ объяснил, что делать со старыми купюрами
Знай
2026-09-28T15:51:48Z
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
Прилет в центре Днепра: что атаковал враг
Comments UA
2026-09-28T10:06:24Z
Россияне ударили по Днепру: после серии взрывов в городе вспыхнул пожар
Знай
2026-09-27T12:06:24Z
Ровненская область под ударом: российская атака травмировала женщину и привела к разрушениям
MY.UA
2026-10-10T06:10:58Z
Утренняя атака на Киевскую область: под завалами ищут женщину, есть пострадавшие
MY.UA
2026-10-09T16:56:05Z
"Шахед" упал на дорогу в Киевской области: один человек погиб, есть раненые
ZN UA
2026-09-27T09:36:43Z
Отдохнул от фронта: в Шептицком военнослужащий доказывал свою правоту прохожим с помощью гранаты. ФОТО
Новости Украины
2026-09-27T08:54:23Z
Огонь уничтожил все дотла: оккупанты сожгли под Киевом гигантский логистический терминал. ВИДЕО
Новости Украины
2026-09-27T08:48:39Z
Столб пепла на 50 км и гибель 1,3 миллиарда человек: чем грозит планете извержение супервулкана Йеллоустон
TSN
2026-09-27T06:06:13Z
На Солнце произошла мощная вспышка: сколько баллов будет магнитная буря 7 октября
TSN
2026-10-07T03:36:41Z
Хакеры взломали реестр населения Дании: доступ к данным 8,8 миллиона человек
MY.UA
2026-10-06T03:47:07Z
На планете «выросли» два новых острова: ученые объяснили, как это произошло
TSN
2026-10-03T19:06:30Z
OpenAI разоблачила сети пропаганды РФ и Ирана в ChatGPT: детали блокировки
MY.UA
2026-10-10T09:00:08Z
Ученые разгадали тайну: Почему большие собаки стареют быстрее маленьких?
MY.UA
2026-10-10T07:58:37Z
Какие 5 бюджетных смартфонов 2026 года держат заряд до 3 дней?
MY.UA
2026-10-03T16:24:13Z
Кофе на собеседовании: в Сети разгорелась дискуссия о правилах трудоустройства
TSN
2026-10-02T14:21:08Z
Ретроградная Венера вернет старые чувства: четыре знака Зодиака окажутся перед выбором
TSN
2026-10-01T15:48:43Z
Умерла 13-летняя дочь известного актера: названа причина
Фокус
2026-10-02T08:45:28Z
"Лобода — это Украина": певица шокировала неожиданным заявлением
Фокус
2026-10-02T13:57:10Z
Клара Катарина позировала в нежном кружевном образе: фото
Gazeta UA
2026-10-02T01:15:22Z
Дочь Агутина и Варум живет в нечеловеческих условиях: что происходит
GlavRed
2026-09-30T17:15:34Z
Елена Шоптенко: «Мне не стыдно» – ответ на критику из-за третьего брака
MY.UA
2026-10-10T07:27:46Z
«Учусь быть мамой»: известная ведущая столкнулась с неожиданными вызовами
MY.UA
2026-10-10T06:41:36Z
Швырнул микрофон: Меладзе психанул на зрителей во время концерта
GlavRed
2026-09-29T12:19:18Z
Дочь Брюса Уиллиса показала новое фото с отцом, растрогав миллионы
MY.UA
2026-09-29T08:14:49Z
Ахтем Сеитаблаев рассекретил, сколько встречается с новой избранницей и чем она его покорила
Gazeta UA
2026-09-29T07:15:18Z
"Пригрели змею": Соловьев смешал с грязью предателя Царева за правду о разгроме под Лиманом. ВИДЕО
Новости Украины
2026-10-04T08:21:48Z
Путин заявил о «чрезвычайных успехах» РФ, но ISW выявил колоссальные потери
MY.UA
2026-10-03T10:30:03Z
Страх и бизнес с Путиным: почему Европа и США просто наблюдают, как Россия добивает Украину
TSN
2026-10-03T09:57:37Z
Галлюцинации диктатора: Путин заявил о 1301 кв. км, захваченных в сентябре, а аналитики насчитали чистые потери России — 80,81 кв. км
Новости Украины
2026-10-03T06:27:43Z
Зеленский пообещал жесткий ответ за удар по Краматорску
MY.UA
2026-10-10T07:12:21Z
Неожиданный поворот: почему Южная Корея отозвала посла из Киева?
MY.UA
2026-10-10T05:40:18Z
«Воспитывал» дубинкой и элетрошокером: оккупационный тюремщик, бивший украинских пленных, получил подозрение заочно
Новости Украины
2026-10-03T06:15:05Z
Неожиданные кандидаты на Нобелевскую премию мира-2026: Трамп, украинец и МУС
MY.UA
2026-10-03T02:02:55Z
Аргентина выставляет гражданство «на продажу»: сколько будет стоить паспорт
ZN UA
2026-10-03T00:39:43Z
Могут продавать не совсем то, что обещают: как проверить одежду и обувь
Знай
2026-09-27T00:16:44Z
На 10 градусов станет теплее: трюк, который поможет сохранить тепло в квартире
Знай
2026-09-27T04:06:50Z
Гороскоп на воскресенье 27 сентября 2026 года
UAToday
2026-09-27T02:27:43Z
На Украину сунет опасная стихия: синоптики забили тревогу и назвали "красные" области
TSN
2026-10-08T05:51:05Z
Кличко раскрыл скрытую цель Кремля в отношении Киева: почему полная эвакуация не состоится
MY.UA
2026-10-10T08:29:29Z
Киев погрузился во тьму: экстренные отключения парализовали электротранспорт
MY.UA
2026-10-09T19:30:41Z
Ночной арест для ветерана: что известно о деле Любомира Дмитришина после протестов на Теремках
MY.UA
2026-10-07T21:38:28Z
"На характере": украинский НРК самостоятельно сбил российский дрон, который пытался его атаковать
ZN UA
2026-10-07T09:09:46Z
В Киеве появилось новое оружие: зачем его разместили именно в столице
Comments UA
2026-10-06T18:06:14Z
Неожиданная смена: Мальдера шокировал составом сборной Украины на матч против Грузии
MY.UA
2026-09-28T06:50:31Z
Кличко объяснил, почему его сыновья не воюют за Украину
Новости Украины
2026-09-28T11:24:27Z
Трубин сыграет в воротах сборной Украины против Грузии после 4 сейвов Ризныка
Знай
2026-09-28T07:15:53Z
УАФ ответила на стычку Собослая и Цыганкова цитатой Милевского: «Мы ещё до вас в Трнаву приедем»
Знай
2026-09-27T20:06:03Z
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
FIDE продолжила отстранение российской шахматной федерации из-за оккупированных украинских территорий
ZN UA
2026-09-27T14:07:00Z
Украина уступила Чехии в первом в истории финале Кубка Билли Джин Кинг
MY.UA
2026-09-27T12:53:02Z
«Толкнул и убежал»: капитан сборной Венгрии устроил провокацию в игре с Украиной. ВИДЕО
Новости Украины
2026-09-27T12:18:25Z
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
Tesla меняет FSD на "Tesla Assisted Driving" в Европе: почему это важно?
MY.UA
2026-10-10T06:26:15Z
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