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标题: 超临界物质，或许惊人地简朴 [打印本页]

作者: 久存 时间: 2022-9-20 06:06
标题: 超临界物质，或许惊人地简朴

我们对物质在相当低的温度和压强下的活动已经有了相当深入的理解，但物质在高温高压下的情况却很暗昧。

二氧化碳的压强-温度相图。（图Ben Finney, Mark Jacobs, Wikimedia Commons）

如上图所示的那样，当处于高温高压状态下的物质逾越了临界点时，液态和睦态之间的差别似乎消散了。这种超临界物质被以为是炽热而稠密，且是均质的。科学家相信，关于这种处于超临界态的物质，还有很多新物理有待揭开。
近日，一项新研究对超临界物质有了两项关键的新发现。研究通过应用两个参数发现，超临界物质表现出了某些普遍性，它们或许惊人地简朴。这项于近期发表在《科学进展》上的新发现有望资助我们得到新的理解。

超临界物质的普遍性
理解超临界物质的重要问题是，气态、液态和固态的理论并不适用。现在还不清晰，当传统的固液气的分界线变得暗昧时，究竟哪些物理参数可以或许揭示出超临界态的最突出的特性。
凭借早期对较低温和较低压下液体的理解，研究职员选择了两个参数来形貌超临界物质。
第一个参数是一种相对常用的性质，也就是衡量系统吸热服从的热容，其中包罗了关于系统自由度的基本信息。
第二个参数则相对没那么常见，它是波在系统中可以传播的长度。这个长度主导着声子可用的相空间。当这个长度达到其可能最小值，并即是原子间隔断时，真正风趣的事情便会发生。
科学家发现，就这两个参数而言，处于高压高温的极度条件下的物质变得非常普遍。
这种普遍性包括两个方面。起首，在差别系统的热容与波传播长度的关系图中，都存在一个引人注目标固定反演点。
这个反演点对应于两个物理上差别的超临界态（类液态和类气态）之间的过渡。跨越这一点时，超临界物质就会改变关键的物理性质，从类液态变成类气态。告急的是，反演点就是区分这两种态的明确方式。

二氧化碳的热容-动态长度图。（图Cockrell, C. & Trachenko, K., 2022）

其次，在研究的所有类型的系统中，这个反演点的位置都非常接近。

差别系统的热容-动态长度图。它们的反演点都很相近。（图Cockrell, C. & Trachenko, K., 2022）

这与其他所有已知的过渡点都有明显差别。例如，这些过渡点中的两个，所有物质态（液气固）并存的三相点，和睦液沸腾线末了的临界点，在差别的系统中的差别都很大。
另一方面，这种普遍性或许也告诉我们，超临界物质可能相当简朴。

基本理解和实际应用
研究职员以为，除了对物质态和相图的基本认识外，对超临界物质的理解还带来了很多实际应用。
比如，氢和氦在木星和土星等气态巨行星中就处于超临界态，因此支配着它们的物理特性。在绿色环保应用中，超临界流体也被证着实销毁危险废物方面非常有效，但工程师越来越希望得到理论的引导，提高超临界过程的服从。

木星如许的气态巨行星上，气体就处于超临界态。（图NASA, ESA, and J. Nichols, University of Leicester）

研究通讯作者、伦敦大学玛丽皇后学院物理学教授科斯特亚·特拉琴科（Kostya Trachenko）表示：“这种超临界物质的普遍性为极度条件下物质的新物理开辟了一条道路。无论是从底子物理学，还是从理解和预测绿色情况应用、天文学和其他领域的超临界特性的角度来看，这都是一个令人高兴的前景。”
同时，这也让科学家看到了一些未来令人高兴的发展的可能性。例如，这项研究也引出了一个问题：固定反演点是否和传统的高阶相变有关？它是否可以通过使用相变理论中所涉及的现有想法来形貌，还是需要引入一些截然差别的新事物？
当我们突破已知的边界时，可以渐渐确认这些新的令人高兴的问题，并开始探求更多答案。
<hr>参考泉源：
https://www.eurekalert.org/news-releases/961447
https://www.livescience.com/supercritical-matter-simplicity.html
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq5183
封面图/首图泉源：NASA, ESA, and J. Nichols, University of Leicester

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