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Experimento do SLAC e da Universidade de Nevada mede diretamente temperaturas extremas e mostra que o ouro resiste 14 vezes além do seu ponto de fusão.
Pesquisadores dos Estados Unidos conseguiram, pela primeira vez, medir diretamente a temperatura de átomos em “matéria densa e quente”. O resultado derrubou uma teoria de quatro décadas e revelou que a fusão do ouro pode ser mais difícil do que se pensava, mesmo em temperaturas extremas.
A experiência foi conduzida por cientistas do Laboratório Nacional de Aceleradores do SLAC e da Universidade de Nevada, Reno.
O estudo abre caminho para novas medições em ambientes extremos, como núcleos planetários e reatores de fusão.
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Medição inédita
Segundo os cientistas, sempre foi possível calcular a densidade e a pressão da matéria sob condições extremas. No entanto, medir a temperatura de forma precisa era um desafio.
“Temos boas técnicas para medir a densidade e a pressão desses sistemas, mas não a temperatura”, explicou Bob Nagler, do SLAC.
O problema é antigo. Estimativas de temperatura em ambientes como reatores de fusão têm margens de erro muito grandes. Isso compromete os modelos teóricos usados na física há décadas.
Técnica inovadora
Para resolver esse impasse, os pesquisadores criaram uma nova técnica. No instrumento Matéria em Condições Extremas (MEC), eles usaram um laser para aquecer uma amostra de ouro com espessura de apenas alguns nanômetros.
Logo depois, aplicaram um flash de raios X ultrabrilhantes. Com isso, os cientistas conseguiram observar diretamente como os átomos vibravam, o que permitiu calcular com precisão a temperatura atingida.
“Finalmente, fizemos uma medição direta e inequívoca, demonstrando um método que pode ser aplicado em todo o campo”, disse Tom White, da Universidade de Nevada.
Temperatura recorde
O resultado surpreendeu a equipe. O ouro, que normalmente derrete em 1.337 kelvins, resistiu intacto a 19.000 kelvins. Isso equivale a 14 vezes seu ponto de fusão. A fusão do ouro, que parecia ocorrer bem antes desses níveis, mostrou-se muito mais complexa do que se pensava.
Apesar da temperatura extrema, o metal manteve sua estrutura cristalina. Segundo os cientistas, isso foi possível porque o aquecimento aconteceu muito rápido, impedindo que o material tivesse tempo de se expandir ou perder a forma.
Teoria derrubada
A descoberta vai contra a chamada “catástrofe da entropia”, teoria formulada na década de 1980. Segundo essa ideia, há um limite absoluto para quão quente um sólido pode ficar antes de se desintegrar.
“Ficamos surpresos ao encontrar uma temperatura muito mais alta nesses sólidos superaquecidos do que esperávamos inicialmente”, disse White. “Isso refuta uma teoria antiga.”
O professor destacou ainda que a Segunda Lei da Termodinâmica não foi violada. O comportamento observado é possível quando o aquecimento ocorre em trilionésimos de segundo. A fusão do ouro, nesses experimentos, não aconteceu nem com calor extremo.
Novas possibilidades
Para Nagler, é possível que experimentos anteriores já tenham alcançado essas temperaturas, mas sem que os pesquisadores percebessem, justamente pela ausência de métodos diretos de medição.
“Se nosso primeiro experimento usando essa técnica levou a um grande desafio à ciência estabelecida, mal posso esperar para ver que outras descobertas nos aguardam”, afirmou.
O estudo foi publicado na revista Nature.
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