Між твердим і рідким: учені виявили прихований агрегатний стан

Деякі матеріали можуть бути одночасно твердим тілом, але при близькому розгляді вони нагадують рідину, застиглу в часі. Матеріали в цьому стані називаються аморфними твердими тілами і їхні властивості не так легко пояснити. Але, нове дослідження, опубліковане в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences, припускає, що між твердим і рідким агрегатними станами існує дещо інше, про що вчені навіть не здогадувалися, пише ScienceAlert.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Кожна людина в повсякденному житті постійно має справу з трьома агрегатними станами матерії: твердим тілом, рідиною і газом. Коли ці стани змінюються і один переходить в інший, то це називається переходом станів.

Але іноді за високої температури атоми можуть стати настільки гарячими, що це призведе до утворення плазми і навпаки, за дуже низької температури деякі частинки взагалі можуть втратити свою ідентичність.

Аморфні тверді тіла — це дивна суміш із добре впорядкованих твердих тіл і слабозв'язаних рідин. У той час як частинки всередині твердих тіл утворюють передбачувані зв'язки, то після того, як частинки зафіксуються на місці за низької температури, аморфні тверді тіла починають мати невпорядковане розташування частинок рідини.

Наприклад, у склі кисень і кремній течуть під час нагрівання. Коли вони повільно охолоджуються, то утворюється впорядкована кристалічна структура — кварц. Якщо ж охолодження відбувається занадто швидко, то частинки якимось чином зберігають безладне розташування. За словами вчених, це межа, де матеріал стає аморфною твердою речовиною, а температура, за якої це відбувається, є температурою початку.

Автори нового дослідження визначили, що подібний перехід станів може бути не таким чітким, оскільки проявляється особлива активність частинок, що перебувають між їхнім звичайним рідким і переохолодженим станами.

За словами вчених, їхнє дослідження пояснює, чому поведінка переохолоджених рідин за цієї температури нагадує поведінку твердих тіл, хоча їхня структура така сама, як у рідини. Температура початку подібна до температури плавлення, яка перетворює переохолоджену рідину на рідину. Це має відбуватися у всіх переохолоджених рідин або склоподібних систем, вважають учені.

Частинки в переохолодженій рідині постійно змінюють свою конфігурацію, що призводить до рухів, які називаються збудженням. Вчені вивчили ці збудження переохолодженої рідини і розрахували, що відбувається при зміні температури. Вчені з'ясували, що пов'язані пари збуджень стають незв'язаними при початковій температурі, в результаті чого матеріал втрачає жорсткість і поводиться як звичайна рідина.

Фокус уже писав, що фізики представили нове дослідження, в якому пояснили, що порушувати теорію відносності не потрібно для того, щоб перевищити переміщення в просторі зі швидкістю, що перевищує швидкість світла.