金经受不可能的高温，挑战物理学极限

物理学家在其研究文章《将金加热至超过预测的熵灾变阈值》中揭示，他们成功将金加热至超过19,000开尔文（33,740华氏度）——超过其熔点14倍以上——而金仍保持其固态晶体结构。

"这可能是迄今为止记录到的最热晶体材料，"内华达大学里诺分校首席研究员、克莱蒙斯-马吉捐赠物理学教授托马斯·怀特表示。

该结果颠覆了长期公认的理论极限——熵灾变。熵灾变理论认为，固体在超过其熔点约三倍的温度下无法保持稳定，否则会自发熔化。在斯坦福大学SLAC国家加速器实验室使用超强激光进行的实验中，金（熔点为1,337开尔文/1,947华氏度）的加热温度远超其三倍熔点。

"我预期金在熔化前会显著升温，但没料到温度能提升十四倍，"怀特说。

为加热金，来自内华达大学里诺分校、SLAC国家加速器实验室、牛津大学、贝尔法斯特女王大学、欧洲XFEL及华威大学的研究人员设计了一项实验：使用持续50飞秒（百万分之一纳秒）的激光脉冲加热薄金箔。金的加热速度似乎是其保持固态的原因。研究结果表明，若加热速度足够快，固体过热极限可能远高于预期——甚至可能不存在。本研究采用的新方法为高能量密度物理领域开辟了更广阔的研究空间，包括行星物理学和聚变能研究领域。

怀特团队预期金会在熔点熔化，但测量金箔内部温度需要极其特殊的温度计。

"我们使用SLAC长达3公里的X射线激光装置——直线加速器相干光源（LCLS）——本质上将其作为全球最大的温度计，"怀特解释道，"这使我们首次能够测量致密等离子体内部温度，这是前所未有的突破。"

"这项进展为广泛的高能量密度环境温度诊断铺平了道路，"论文合著者、SLAC科学家鲍勃·纳格勒指出，"特别是它提供了当前唯一可直接探测惯性聚变能实验内爆阶段温密态温度的方法。因此，该技术必将对我们理解和控制聚变相关等离子体条件做出变革性贡献。"

除实验设计者外，这项研究还凝聚了哥伦比亚大学、普林斯顿大学、帕多瓦大学及加州大学默塞德分校长达十年的合作成果。

"这些成果公诸于世令人无比振奋，我热切期待这些新方法能推动该领域取得重大突破，"怀特表示。

这项由国家核安全管理局资助的研究，将为过热材料研究开启新的大门。

"国家核安全管理局学术计划为怀特博士及其团队引领的突破性创新与持续研究感到自豪，这些工作将推进对未来核安全事业至关重要的研究领域，"NNSA技术与合作办公室主任贾利尔·哈德森表示。

怀特及其同事于七月重返直线加速器相干光源，测量了高温压缩铁的内部温度，并正利用这些结果探索行星内部构造。

研究合著者包括怀特的多名研究生和一名本科生：博士生特拉维斯·格里芬、本科生亨特·斯特拉梅尔、怀特实验室前博士后学者丹尼尔·哈登、现于·哈登、现于普林斯顿大学攻读博士的前本科生雅各布·莫利纳、现于牛津大学攻读硕士的前本科生兰登·莫里森。物理系研究助理教授杰里米·伊拉特卡巴尔也是论文合著者。

"能使用价值数十亿美元的实验平台与世界级合作者共同参与尖端科学研究，我深感荣幸，"格里芬说，"这一发现彰显了该技术的强大潜力，它给高能量密度物理和聚变研究带来的未来可能性令我振奋。毕业后我将作为欧洲XFEL的科学家继续这项工作。"