USA, Saksamaa ja Suurbritannia teadlaste koostöös valminud uuring näitab, et kui kulda kuumutada ülikiiresti, püsib see tahkes olekus ka temperatuuridel, mis peaksid selle tegelikult ammu vedelikuks muutma.

Katse käigus õnnestus teadlastel kuumutada üliõhukest, vaid 50 nanomeetri paksust kullalehte ligi 19 000 kraadini Celsiuse järgi. See on umbes 14 korda kõrgem kui kulla sulamistemperatuur (1064 °C) ja mitu korda kuumem kui Päikese pind. Kogu kuumutamisprotsess toimus kujuteldamatult lühikese aja, vaid mõne femtosekundi (sekundi miljardikosa) jooksul.  

Tulemus oli üllatav ka teadlastele endile, sest tulemus läheb vastuollu populaarse teoreetilise raamistikuga.

Materjaliteadlased on aastakümneid tuginenud 1988. aastal esitatud teooriale, mida tuntakse entroopia katastroofi nime all. See teooria seab piiri, kui kuumaks on võimalik ühtegi kristalset ainet kuumutada, enne kui see paratamatult sulab.

Rusikareeglina on selleks aine kolmekordne sulamistemperatuur. Teooria kohaselt muutub sellest temperatuurist kõrgemal tahke aine entroopia ehk korrapäratus vedeliku omast suuremaks, mis on termodünaamika seaduste kohaselt võimatu.

Värske uuringu autorid leidsid aga viisi, kuidas sellest piirangust mööda hiilida. Nad kasutasid ülivõimast laserit, et anda kullalehele ülilühike ja intensiivne kuumutav impulss. Samal ajal jälgisid nad spetsiaalse röntgenkiirte tehnikaga kulla aatomite liikumist, et veenduda materjali kristallilise struktuuri säilimises.  

Selgus, et ülikiire kuumutamine aitaski piirangust mööda hiilida. Varasem teooria eeldas, et kuumenedes aine paisub. Selles katses toimus kuumutamine aga nii kiiresti, et kulla kristallvõrel polnud aega paisuma hakata. Kuna aine ei paisunud, püsis selle sisekorrastus stabiilsena ja kuld ei muutunudki vedelaks. Sisuliselt suutsid teadlased ajaga võidu joosta ja sulamisprotsessi ära petta.

Tartu teadlase kahtlused

Kuigi saavutus on pealtnäha muljetavaldav, pole kõik tulemuse paikapidavuses täielikult veendunud. Üks retsensentidest, Tartu Ülikooli arvutusfüüsik Artur Tamm, seadis oma ajakirjas Nature ilmunud kommentaaris kahtluse alla temperatuuri mõõtmise usaldusväärsuse nii äärmuslikes tingimustes.

Tamm selgitas, et temperatuur on defineeritud süsteemide jaoks, mis on soojuslikus tasakaalus. Laseri abil ülikiirelt kuumutatud aatomid ei pruugi aga tasakaaluolekusse jõuda. Seega võib mõõdetud näit peegeldada pigem aatomite tasakaalustamata liikumist, mitte materjali tegelikku temperatuuri. "Kas me ületame sulamistemperatuuri 10–14 korda enne sulamist? Ma ei usu seda," nentis Tamm.  

Uuringu autorid on tunnistanud oma meetodi piiranguid, kuid kinnitavad, et nende tulemus on statistiliselt usaldusväärne.

Sõltumata vaidlustest on avastusel oluline praktiline väärtus. See annab füüsikutele väärtuslikke andmeid ja aitab paremini mõista, kuidas aine käitub äärmuslikes tingimustes. See omakorda võimaldab täiustada arvutimudeleid, mis materjalide käitumist kirjeldavad. Samuti pakub katse välja uue ja täpsema meetodi temperatuuri määramiseks keerulistes katsetes.  

Pikemas plaanis võib võime materjalide kuumutamist ja sulamist ülitäpselt kontrollida viia tulevikus uute ja paremate omadustega materjalide loomiseni. Näiteks saaks toota elektroonika- või masinatööstuse jaoks eriti vastupidavaid komponente. Uurimisrühm on juba leidnud esialgseid märke, et sarnaselt kullale on võimalik üle kuumutada ka hõbedat.  

Teadusuudised on Vikerraadios eetris esmaspäevast reedeni ca kell 8.35 ja laupäeval ca kell 8.25.