
物理学家正在建造一个悬浮室,以在空中悬挂一滴液体,并在冷却玻璃时观看其原子。
该机器应该有助于澄清玻璃的奥秘,玻璃的奥秘是一个令人困惑的状态,即物质更像液体而不是固体。物理学家希望更好地了解材料从液体过渡到一个原子中的原子会发生什么玻璃。
我们经常将玻璃简单地视为窗户中的东西,但实际上是物质的阶段,例如气体,液体或固体。所有液体都可以成为眼镜,但比其他液体更容易。
圣路易斯华盛顿大学的物理学家肯尼斯·凯尔顿(Kenneth Kelton)说:“我们从4000年前就在美索不达米亚使用了眼镜,但我们仍然不了解这一过程 - 从液体变成玻璃杯。” “这是周围任何地方最有趣的动态过程之一。”
这项研究中的液体是金属,例如钛,锆,镍,铂及其合金(金属与其他元素混合)。如果很快冷却,这些也可以形成眼镜而不是固体。
但是,关键是必须与其他材料(例如容器)保持接触,这使得变得更容易成为固体,更难成为玻璃。因此,对于此实验,液体必须漂浮在真空中,而不会碰到其他任何东西。
那就是悬浮会议厅进来。
漂浮在空中
这座耗资165万美元的中子静电悬浮室(NESL)将在田纳西州奥克·凯尔顿(Oak Ridge)的橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)和田纳西大学的田纳西大学(University of Tennessee)的塔恩·凯尔顿(Tenn。Kelton)和他的同事Takeshi Egami设立,爱荷华州立大学的艾伦·戈德曼(Alan Goldman)
腔室将使用电极在一滴液体表面诱导电荷。然后,电磁场将使滴落悬停在一个位置。
橡树岭的另一台机器称为散布中子源,将产生中子束(原子核中中性带电的亚原子颗粒),以瞄准悬停的滴落。研究人员计划将中子用作光的替身,以创建一种中子显微镜来研究液体。当中子飞过液滴时,它们可以与液滴中的原子相互作用。当中子出现在滴的另一侧时,它们以特定模式出现,具体取决于原子在液体中的排列。
凯尔顿说:“我们希望这将为我们提供有关从未在液体中研究过的事情的信息。” “如果一个原子在液体中移动,我们可以从中子经过的方式中分辨出有关这种运动的一些信息。”
在室温下以固体形式存在的金属必须保持非常热才能保持液体形式。研究人员计划在液体样品上发光激光束以保持加热,然后调节激光器的功率以调节温度,将液体冷却至玻璃。
物理学家希望比较这些不同状态中材料的显微镜结构,以帮助固定与它们区别的区别。
凯尔顿告诉《生命科学》:“如果我们看一下从液体到玻璃的结构差异,我们会看到差异,但这是非常微妙的。” “问题是什么不同?
杯子里有什么?
固体具有非常有条理的结构,在该结构中,原子以常规的重复模式(如构建块)排列。随着时间的流逝,这种结构保持相对稳定。另一方面,液体是一个杂耍表演,原子在变化不均匀的图案中分组在一起。
玻璃似乎像固体一样冷冻,实际上更像是液体,因此具有变化的能力,尽管比液体慢。
物理学家怀疑,尽管玻璃中的原子看起来有些随机排列,实际上它们比看起来更具卡住。也许大多数原子都被邻居锁定在适当的位置,为了使其所有周围的原子也必须转移。因此,当玻璃确实流动时,仅仅是因为大量原子合作地一起移动。
凯尔顿(Kelton)和他的团队在一个前体悬浮室进行的早期实验表明,可以发生岛屿,其中一堆原子组成有序的地层。这些岛屿似乎打断了以固体形式形成的较大模式,因此它们的存在阻止了液体成为固体,使其陷入了大部分混乱状态。
但是,研究人员并不全都同意它的工作原理,或者它是否在所有眼镜中发生。他们希望下一代实验能够提供新的见解。
编者注:此故事的更新是为了反映以下事实:窗玻璃在人类的时间范围内不够流动以至于无法看到。
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