A melegítés világcsúcsa

A sportolókhoz hasonlóan a kutatók is szeretnek csúcsteljesítményt elérni, a korábbi csúcseredményeket megjavítani. Fizikusok nemrég a leggyorsabb felhevítés csúcsát javították meg: zafírban exakelvin/másodperc tempóban emelték a hőmérsékletet néhány száz femtoszekundum ideig. Mit jelent mindez?

Ezek a nagyságrendek nem használatosak hétköznapjainkban, ezért a részletek bemutatása előtt tekintsük át a nagyságrendeket. A tera valamilyen mértékegységnek a billiószorosa (a 10-nek a 12. hatványa), a peta a tera ezerszerese, az exa pedig a peta ezerszerese - tehát az exakelvin milliószor billió (10 a 18. hatványon) fokot jelent. A kis mennyiségek fel haladva a nano valaminek a milliárdod része (10-nek a -9. hatványa), a piko a nano ezredrésze, a femto a piko ezredrésze, és még a femto ezredrésze is kapott nevet, ez az atto, valaminek a millió-billiomod része (10 a -18. hatványon).

Száz femtoszekundum tehát tízbilliomod másodperc. A kutatók másodpercenként milliószor billió fok ütemben emelték a hőmérsékletet néhány tízbilliomod másodpercig - az eredmény megérdemli a fantasztikus minősítést.

A kísérlet a következőképpen történt. A zafírba jól fókuszált lézerrel lyukat égettek. Parányi, néhány nanométer méretű tűzgömb alakult ki, a nyomás pedig 10 terapascalra nőtt. A Föld belső magjában ennek csak huszadrésze a nyomás. Más összehasonlításban körülbelül ekkora nyomást fejtene ki néhány száz elefánt, ha egy tű hegyén táncolnának, vagy ha a két legnagyobb gizai piramist egy CD-re állítanánk. A kísérletben elért nyomás nagysága nem csúcseredmény, de korábban ennél nagyobb értéket csak nagy, különleges lézerekkel értek el. Az elért hőmérséklet sem új csúcs, hiszen a Z-fúziós berendezésben 2 milliárd fokot értek már el, s a hőmérséklet ebben a kísérletben "csak" félmillió fokra emelkedett. 200 femtoszekundum ideig égették a lézerrel a zafírt, ennyi idő alatt a fény vákuumban éppen csak egy emberi hajszál vastagságával egyenlő utat tesz meg. A csúcs a hőmérsékletemelkedés üteme.

A lézerrel besugárzott anyag fokozatosan melegszik fel, de ahogy a hőmérséklet emelkedik, a parányi tűzgömb kitágul, sűrűsége csökken, ezért egyre kevésbé lesz hatékony a további hevítés. Addig kell fűteni, míg tágulni nem kezd.

A csúcseredmény nem csupán technikai bravúr. A módszerrel a Föld magjában lezajló folyamatokat is szimulálni lehet majd.

Jéki László