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光為探針!非接觸測量超高溫物質(zhì)電導(dǎo)率,助力探索極端物質(zhì)奧秘

   發(fā)布時間:2025-12-22 16:18 作者:朱天宇

在宇宙的極端環(huán)境中,物質(zhì)呈現(xiàn)出令人驚嘆的奇異狀態(tài)。恒星內(nèi)部、巨型行星核心乃至地球地核深處,都存在著一種既非傳統(tǒng)固體也非完全等離子體的特殊物質(zhì)——“暖密物質(zhì)”。這種物質(zhì)形態(tài)不僅廣泛存在,更對行星磁場的形成和核聚變反應(yīng)的進程起著決定性作用。然而,由于溫度遠超太陽表面且無法通過常規(guī)手段直接接觸,科學(xué)家對它的了解長期停留在理論推測階段。

傳統(tǒng)研究方法面臨根本性挑戰(zhàn):當物質(zhì)溫度飆升至數(shù)千攝氏度時,任何物理接觸式測量工具都會瞬間失效。此前科學(xué)家只能通過間接手段估算暖密物質(zhì)的導(dǎo)電性能,這些方法往往依賴難以驗證的理論模型。這種困境持續(xù)了近十年,直到一個國際研究團隊開發(fā)出革命性的非接觸測量技術(shù)。

該團隊的創(chuàng)新方案完全摒棄了實體探測工具,轉(zhuǎn)而利用光的特性進行測量。實驗中,研究人員用高強度激光將薄鋁片瞬間加熱至約1萬開爾文(是太陽表面溫度的兩倍),使其進入暖密物質(zhì)狀態(tài)。隨后向熾熱的樣本發(fā)射太赫茲波——這種波長極短的光束能在不接觸物質(zhì)的情況下,在其內(nèi)部激發(fā)出微弱電場。通過精密監(jiān)測材料對電場的響應(yīng)變化,科研人員首次直接計算出了暖密物質(zhì)的電導(dǎo)率。

實驗結(jié)果帶來了意想不到的發(fā)現(xiàn):鋁的導(dǎo)電性能在加熱過程中出現(xiàn)了兩次斷崖式下降。首次下降發(fā)生在物質(zhì)從固態(tài)金屬向暖密態(tài)轉(zhuǎn)變時,這與理論預(yù)測相符。但當溫度繼續(xù)升高,材料原子結(jié)構(gòu)從有序排列突然轉(zhuǎn)為無序狀態(tài)時,導(dǎo)電性出現(xiàn)了第二次更為劇烈的下降。這個此前從未被清晰觀測到的現(xiàn)象,引發(fā)了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。

為破解這一謎題,研究團隊借助美國能源部SLAC國家加速器實驗室的超快電子衍射裝置,在皮秒級時間尺度上捕捉了鋁原子結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化。實驗數(shù)據(jù)清晰地顯示,第二次導(dǎo)電性驟降與原子排列方式的突變完全同步。這一發(fā)現(xiàn)不僅修正了現(xiàn)有物質(zhì)模型,更揭示了極端條件下物質(zhì)行為的全新規(guī)律。

這項發(fā)表于《自然·通訊》的研究,標志著極端物質(zhì)研究進入全新階段。新開發(fā)的非接觸測量技術(shù),為探索恒星內(nèi)部、行星核心等不可觸及環(huán)境提供了可靠工具。通過精確測定電導(dǎo)率等關(guān)鍵參數(shù),科學(xué)家能夠更準確地模擬地球磁場的生成機制,優(yōu)化核聚變實驗設(shè)計。目前該技術(shù)已在簡單金屬鋁上驗證成功,研究團隊正計劃將其擴展到鐵等地核相關(guān)材料及更復(fù)雜的物質(zhì)體系。

從恒星深處到地球核心,光作為新型探測工具正在揭開極端物質(zhì)的神秘面紗。這項突破不僅解決了長期困擾物理學(xué)界的測量難題,更為人類理解宇宙中最極端的環(huán)境打開了實驗研究的大門。隨著技術(shù)不斷完善,更多關(guān)于物質(zhì)本質(zhì)的驚人發(fā)現(xiàn)或許正在路上。

 
 
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