Ett långvarigt problem inom fysiken har äntligen knäckts av professor Kostya Trachenko vid Queen Mary University of Londons School of Physical and Chemical Sciences. Hans forskning, publicerad i Physical Review E , avslöjar en allmän teori för att förutsäga smältpunkter, en grundläggande egenskap vars förståelse har förbryllat forskare i över ett sekel.
I decennier har vår förståelse av materiens tre grundläggande tillstånd - fasta ämnen, vätskor och gaser - förlitat sig på temperatur-tryckfasdiagram. Dessa diagram visar de förhållanden under vilka varje stat existerar, med distinkta linjer som skiljer dem åt. Men en avgörande linje, smältlinjen – som markerar övergången mellan fast och flytande – saknade en universell beskrivning.
Professor Trachenkos teori överbryggar denna klyfta. Genom att utveckla ett nytt ramverk som innehåller nya framsteg inom vätsketeorin, visar han att en enkel parabolisk ekvation kan beskriva smältlinjer. Detta erbjuder inte bara ett praktiskt verktyg för att förutsäga smältpunkter utan avslöjar också en överraskande universalitet över olika materialtyper.
Denna universalitet kommer från att observera att parametrar i den paraboliska ekvationen styrs av fundamentala fysikaliska konstanter som Planck-konstanten och elektronmassa och laddning.
"Det här resultatets enkelhet och universalitet är särskilt spännande", förklarar professor Trachenko. "Det tyder på att smältning, trots dess komplexitet, uppvisar en grundläggande enhet över olika system, från ädelgaser till metaller."
Denna upptäckt har betydande implikationer utöver teoretisk fysik. Noggrann förutsägelse av smältpunkter är avgörande inom materialvetenskap, med tillämpningar som sträcker sig från läkemedelsutveckling till design av avancerade material och andra områden där det är viktigt att förutsäga fasdiagram. Professor Trachenkos arbete banar väg för en djupare förståelse av fasövergångar och skapandet av nya material med skräddarsydda egenskaper.
Mer information: K. Trachenko, Theory of melting lines, Physical Review E (2024). DOI:10.1103/PhysRevE.109.034122
Journalinformation: Fysisk granskning E
Tillhandahålls av Queen Mary, University of London
