*Forskare vid University of Pennsylvania har använt ultrakalla atomer för att lösa ett långvarigt mysterium om varför fasta ämnen smälter när de värms upp.*
När vi värmer ett fast ämne börjar atomerna eller molekylerna som utgör materialet att röra sig allt snabbare. Detta gör att materialet expanderar och blir mindre tätt. Så småningom kommer atomerna eller molekylerna att röra sig så snabbt att de kan bryta sig loss från sina grannar och materialet kommer att smälta.
Smältpunkten för ett material är den temperatur vid vilken det smälter. Denna temperatur är olika för olika material. Till exempel smälter is vid 0 grader Celsius, medan stål smälter vid 1 538 grader Celsius.
Smältpunkten för ett material bestäms av styrkan hos de krafter som håller samman atomerna eller molekylerna. I ett fast ämne är dessa krafter tillräckligt starka för att hålla atomerna eller molekylerna på plats, även när de rör sig snabbt. Men när temperaturen ökar blir dessa krafter allt svagare. Så småningom är krafterna inte längre tillräckligt starka för att hålla ihop atomerna eller molekylerna och materialet smälter.
Penn-fysikerna använde ultrakalla atomer för att studera smältprocessen i ett mycket enkelt system. De skapade en gas, fångade en ultrakall atom som innehåller strontium- och ytterbiumatomer som hålls på plats av lasrar och värmde sedan upp den för att se hur den smälte.
De fann att smältningsprocessen sker i två steg. Först börjar atomerna röra sig allt snabbare och bildar små kluster. Dessa kluster växer sedan större och större tills de slutligen smälter samman för att bilda en vätska.
Fysikerna fann också att smältpunkten för gasen var mycket lägre än smältpunkten för det fasta ämnet. Detta beror på att atomerna i gasen inte är lika tätt packade som de är i det fasta ämnet, så de behöver inte lika mycket energi för att bryta sig loss från sina grannar.
Detta arbete ger nya insikter i smältningsprocessen och kan hjälpa forskare att utveckla nya sätt att kontrollera smältpunkten för material. Detta kan ha viktiga tillämpningar inom en mängd olika områden, såsom materialvetenskap, teknik och läkemedel.
