Międzynarodowa grupa badawcza z Uniwersytetu w Rostocku oraz Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf osiągnęła coś, co do niedawna uważano za fizycznie niemożliwe. Po raz pierwszy w historii stworzyli i zbadali ciekły węgiel w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. To otwiera zupełnie nowy rozdział w fizyce materii w skrajnych stanach.
Laser przeciwko prawom fizyki. Jak oszukać naturę
Podstawowym wyzwaniem było samo utrzymanie węgla w stanie ciekłym. W normalnych warunkach ten pierwiastek po prostu sublimuje — przechodzi bezpośrednio ze stanu stałego w gazowy, omijając fazę ciekłą. Aby wymusić topnienie, potrzebne są parametry tak ekstremalne, że żadne znane materiały nie wytrzymałyby takiego traktowania.
Rozwiązanie przyszło ze strony zaawansowanych technologii laserowych. Naukowcy wykorzystali potężny laser DIPOLE 100-X, który emituje intensywne, ultrakrótkie impulsy energii. Urządzenie na miliardowe części sekundy przekształca stały węgiel w ciecz, omijając potrzebę użycia tradycyjnego naczynia.
Czytaj także: Naukowcy złamali kolejną barierę w fizyce. Ten eksperyment przejdzie do historii
Kluczową rolę odegrał European XFEL, czyli znajdujący się pod Hamburgiem najsilniejszy laser rentgenowski na świecie. Jego ultraszybkie impulsy pozwoliły na prowadzenie pomiarów w czasie rzeczywistym, zmieniając teoretyczny eksperyment w praktyczny sukces.
Zaskakująca struktura znanego pierwiastka
Wyniki badań zaskoczyły nawet samych naukowców. Okazało się, że ciekły węgiel ma strukturę przypominającą wodę. Każdy atom otoczony jest przez czterech najbliższych sąsiadów, co przypomina układ charakterystyczny dla diamentu, tyle że w formie płynnej.
Odkrycie potwierdza wcześniejsze przewidywania teoretyczne, ale po raz pierwszy udało się precyzyjnie określić temperaturę topnienia węgla. Ta wiedza ma fundamentalne znaczenie dla dwóch dziedzin: modelowania wnętrz planet oraz rozwoju technologii fuzyjnych.
Warto zauważyć, że ciekły węgiel naturalnie występuje w jądrach gazowych olbrzymów, gdzie panują odpowiednie warunki. Zrozumienie jego właściwości pomoże lepiej modelować procesy zachodzące we wnętrzach planet zarówno w naszym układzie, jak i poza nim.
Co dalej z badaniami nad ekstremalną materią
Eksperyment otwiera nowe możliwości badawcze. Zespół opracował zestaw narzędzi do charakteryzowania materii w skrajnych warunkach z niespotykaną dotąd precyzją. Najciekawszy wydaje się plan automatyzacji całego procesu — obecnie analiza wyników zajmuje godziny, ale naukowcy pracują nad skróceniem tego czasu do sekund.
Połączenie European XFEL z laserem DIPOLE 100-X to dopiero początek. Badacze zamierzają testować inne materiały w podobnych warunkach, co może prowadzić do odkrycia zupełnie nowych stanów materii.
Choć brzmi to nieprawdopodobnie, stworzenie ciekłego węgla to coś więcej niż laboratoryjna ciekawostka. To krok w kierunku lepszego zrozumienia procesów zachodzących we wszechświecie oraz potencjalny klucz do przyszłych technologii energetycznych. Materiał, który do wczoraj badany był jedynie od strony teoretycznej, dziś stał się rzeczywistością.
Perspektywy i ograniczenia
Trzeba jednak zachować zdrowy sceptycyzm. Osiągnięcie jest imponujące, ale wciąż mówimy o procesach trwających miliardowe części sekundy. Przejście od laboratoryjnego eksperymentu do praktycznych zastosowań zajmie prawdopodobnie lata, o ile w ogóle będzie możliwe. Niemniej jednak samo stworzenie takich warunków w kontrolowanym środowisku to już ogromny sukces naukowy.
Czytaj także: Chińska stal wywołała zazdrość Zachodu. Ten materiał zmieni energetykę fuzyjną
Warto też pamiętać, że każde takie odkrycie, nawet jeśli nie znajdzie bezpośredniego zastosowania komercyjnego, poszerza nasze rozumienie fundamentalnych praw fizyki. A to zawsze procentuje w dłuższej perspektywie, często w zupełnie nieoczekiwany sposób.