Ekstra store 'atomer' giver Penn-fysikere mulighed for at løse gåden om, hvorfor ting smelter

*Forskere ved University of Pennsylvania har brugt ultrakolde atomer til at løse et mangeårigt mysterium om, hvorfor faste stoffer smelter, når de opvarmes.*

Når vi opvarmer et fast stof, begynder atomerne eller molekylerne, der udgør materialet, at bevæge sig hurtigere og hurtigere. Dette får materialet til at udvide sig og blive mindre tæt. Til sidst vil atomerne eller molekylerne bevæge sig så hurtigt, at de kan bryde væk fra deres naboer, og materialet vil smelte.

Et materiales smeltepunkt er den temperatur, hvorved det smelter. Denne temperatur er forskellig for forskellige materialer. For eksempel smelter is ved 0 grader Celsius, mens stål smelter ved 1.538 grader Celsius.

Et materiales smeltepunkt bestemmes af styrken af ​​de kræfter, der holder atomerne eller molekylerne sammen. I et fast stof er disse kræfter stærke nok til at holde atomerne eller molekylerne på plads, selv når de bevæger sig hurtigt rundt. Men efterhånden som temperaturen stiger, bliver disse kræfter svagere og svagere. Til sidst er kræfterne ikke længere stærke nok til at holde atomerne eller molekylerne sammen, og materialet smelter.

Penn-fysikerne brugte ultrakolde atomer til at studere smeltningsprocessen i et meget simpelt system. De skabte en gas, fangede et ultrakoldt atom, der indeholder strontium- og ytterbium-atomer holdt på plads af lasere, og opvarmede det derefter for at se, hvordan det smeltede.

De fandt ud af, at smeltningsprocessen foregår i to trin. For det første begynder atomerne at bevæge sig hurtigere og hurtigere og danner små klynger. Disse klynger vokser sig derefter større og større, indtil de til sidst smelter sammen og danner en væske.

Fysikerne fandt også ud af, at gassens smeltepunkt var meget lavere end faststoffets smeltepunkt. Det skyldes, at atomerne i gassen ikke er så tæt pakket, som de er i det faste stof, så de behøver ikke så meget energi for at bryde væk fra deres naboer.

Dette arbejde giver ny indsigt i smelteprocessen og kan hjælpe forskere med at udvikle nye måder at kontrollere materialers smeltepunkt. Dette kan have vigtige anvendelser inden for en række forskellige områder, såsom materialevidenskab, teknik og farmaceutiske produkter.