Физики экспериментально подтвердили новый фундаментальный закон для жидкостей
Исследователи экспериментально доказали недавно сформулированный универсальный закон плотности фононных состояний жидкости. Физики использовали нейтронный спектрометр Pelican в Австралийской организации по атомной науке и технологиям (ANSTO) для измерения плотности фононных состояний нескольких жидких систем, в том числе воды, жидкого металла и полимерных жидкостей. Эксперименты подтвердили линейную зависимость плотности фононных состояний от частоты в области низких энергий.
Универсальный закон. Источник: Journal of Physical Chemistry Letters
Такая зависимость была предсказана в универсальном законе плотности фононных состояний жидкости, сформулированном Алессио Закконе и Матео Бальоли в 2021 году. Математическая теория предлагала решение задачи получения распределения сложных энергетических состояний для жидкостей.
«Одной из важнейших величин в физике является распределение частот или энергии волн, распространяющихся в веществе. Это особенно важно, поскольку это отправная точка для расчета и понимания некоторых фундаментальных свойств материи, таких как удельная теплоемкость и теплопроводность, а также взаимодействие света и материи», — сказал профессор Закконе о своем открытии.
Как отмечают ученые, сложность построения теории для предсказания плотности фононных состояний жидких тел состояла в нестабильности: атомы активно диффундируют, а сам жидкость может течь.
«Атомы в жидкости все время сильно взаимодействуют друг с другом, но не так, как в твердом теле. Отношения не являются «гармоническими», атомы не будут восстановлены до той же конфигурации после взаимодействия. Атомы будут продолжать быстро диффундировать и скользить мимо друг друга», — говорит Калеб Стампер, соавтор исследования.
Как отмечают исследователи, новый универсальный закон имеет для физики жидкостей такое же значение, какое закон теплоемкости Дебая, сформулированный в 1912 году, сыграл для исследования твердых тел.
Изображение обложки: ANSTO
