Gennembrud i smeltepunktsforudsigelse:100 år gammelt fysikproblem løst

Et mangeårigt problem inden for fysik er endelig blevet knækket af professor Kostya Trachenko fra Queen Mary University of Londons School of Physical and Chemical Sciences. Hans forskning, offentliggjort i Physical Review E , afslører en generel teori til forudsigelse af smeltepunkter, en grundlæggende egenskab, hvis forståelse har forvirret videnskabsmænd i over et århundrede.

I årtier var vores forståelse af stoffets tre grundlæggende tilstande - faste stoffer, væsker og gasser - baseret på temperatur-tryk fasediagrammer. Disse diagrammer viser de forhold, som hver stat eksisterer under, med adskilte linjer, der adskiller dem. En afgørende linje, smeltelinjen – der markerer overgangen mellem fast og flydende – manglede imidlertid en universel beskrivelse.

Professor Trachenkos teori bygger bro over denne kløft. Ved at udvikle en ny ramme, der inkorporerer de seneste fremskridt inden for væsketeori, demonstrerer han, at en simpel parabolligning kan beskrive smeltelinjer. Dette tilbyder ikke kun et praktisk værktøj til at forudsige smeltepunkter, men afslører også en overraskende universalitet på tværs af forskellige materialetyper.

Denne universalitet kommer fra at observere, at parametre i den parabolske ligning er styret af fundamentale fysiske konstanter såsom Planck-konstanten og elektronmasse og ladning.

"Simpelheden og universaliteten af ​​dette resultat er særligt spændende," forklarer professor Trachenko. "Det tyder på, at smeltning, på trods af dens kompleksitet, udviser en grundlæggende enhed på tværs af forskellige systemer, fra ædelgasser til metaller."

Denne opdagelse har betydelige implikationer ud over teoretisk fysik. Nøjagtig forudsigelse af smeltepunkter er afgørende i materialevidenskab, med anvendelser lige fra udvikling af lægemidler til design af avancerede materialer og andre områder, hvor forudsigelse af fasediagrammer er vigtigt. Professor Trachenkos arbejde baner vejen for en dybere forståelse af faseovergange og skabelsen af ​​nye materialer med skræddersyede egenskaber.

Flere oplysninger: K. Trachenko, Theory of melting lines, Physical Review E (2024). DOI:10.1103/PhysRevE.109.034122

Journaloplysninger: Fysisk gennemgang E

Leveret af Queen Mary, University of London