Glass kan smelte i sterk kulde

Ny teoretisk studie viser at kvanteeffekter ved svært lave temperaturer kan smelte noen typer glass til væske.

Glass kan bestå av forskjellige materialer og har derfor forskjellige smeltepunkt, men glass som vi kjenner det fra hverdagen, blir væskelignende ved 600-1000 grader. Nå vet vi at en lignende prosess teoretisk sett er mulig tett ved det absolutte nullpunkt (-273 grader). (Foto: Wikimedia Commons)
Glass kan bestå av forskjellige materialer og har derfor forskjellige smeltepunkt, men glass som vi kjenner det fra hverdagen, blir væskelignende ved 600-1000 grader. Nå vet vi at en lignende prosess teoretisk sett er mulig tett ved det absolutte nullpunkt (-273 grader). (Foto: Wikimedia Commons)

En internasjonal forskergruppe med deltakere fra blant annet Columbia University i USA har ved hjelp av datasimuleringer påvist at glass endrer atferd når kvanteeffekter får betydning ved svært lave temperaturer.

Ved temperaturer nær det absolutte nullpunktet (-273 °C) begynner atomene å bevege seg som bølger i stedet for som enkeltstående partikler, og glass kan på den måten begynne å flyte og bli til en væske.

Studien, som er publisert i det anerkjente tidsskriftet Nature Physics, blir møtt med begeistring hos en dansk forsker.

– Det er fremdeles svært nytt å se på kvanteeffekter i glass, derfor er det en veldig spennende studie, sier Jeppe Dyre, som er professor i fysikk ved Roskilde Universitet og leder grunnforskningssenteret «Glas og Tid» som studerer glass ved hjelp av blant annet datasimuleringer.

Molekylene kan bevege seg gjennom hverandre

Når væsker kjøles ned, størkner de. Væsker kan nedkjøles til fast form på to måter. Kjøles en væske passende langsomt, er den faste formen såkalt «krystallinsk»; kjøles væsken raskt nok ned, dannes glasstilstanden.

Ved svært lave temperaturer, tett på det absolutte nullpunktet, skjer det ifølge forskerne en endring i prosessene, som man for eksempel vil kunne observere i helium (som danner et såkalt superglass).

Molekylene begynner å kunne bevege seg gjennom hverandre. Dette svært overraskende fenomenet kalles for kvantemekanisk tunnelering.

Den endrede prosessen betyr at materialet nå går fra fast form til væske.

– Kvantemekanisk tunnelering er blitt påvist i mange områder innenfor fysikken over de siste 50 årene, det spesielle ved denne studien er den effekten tunnelering kan ha på noen typer glass, sier Dyre.

Se video som illustrerer kvantemekanisk tunnelering i glass:

De grønne og blå prikkene i videoen er atomer ved temperaturer nær det absolutte nullpunktet, hvor glassmaterialet begynner å oppføre seg væskelignende.

Den røde flekken viser mulige veier for atomet, som ved disse temperaturene kan bevege seg gjennom andre atomer (av pedagogiske årsaker har forskerne bare vist de mulige veiene for et enkelt atom).

Forsøk kan ta lengre tid enn Universet har eksistert

Resultatet overrasket forskerne selv.

– Vi hadde et skrivebordsresultat for et par år siden, men vi trodde ikke på det. Det virket som en usannsynlig teori, sier kjemikeren David Reichman, medforfatter av den vitenskapelige artikkelen, til det amerikanske magasinet Wired.

Men nå kan samme prosess påvises med datamodeller. Imidlertid er resultatet fortsatt ikke etterprøvd i praksis, noe som er forskernes neste mål.

Den praktiske etterprøvingen av det teoretiske resultatet vil bare kunne gjøres med få glassmaterialer, forklarer Jeppe Dyre. Forskerne vil trolig først forsøke med helium.

– For et typisk glass dannet av stoffet glyserin, ville man måtte bruke mange flere år enn Universet har eksistert for å kunne påvise teorien, sier Dyre.

– Resultatet får derfor ikke stor betydning for det framtidige arbeidet med glyserin og glass, som vi for eksempel kjenner fra vinduer. Men det ville i prinsippet fungere, avslutter han.

____________________

© videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.

Referanser

Quantum fluctuations can promote or inhibit glass formation, Nature Physics, januar 2011 pp. 134–137 doi:10.1038/nphys1865 (bare abstract)

Jeppe Dyre

Powered by Labrador CMS