Glas kan smelte ved hjælp af kvante-vibrationer
Ny teoretisk studie viser, at kvante-effekten ved meget lave temperaturer kan smelte nogle typer glas til væske.

Et internationalt forskerhold med deltagere fra blandt andet Columbia University i USA har ved hjælp af computersimulationer påvist, at glas ændrer adfærd, når kvante-effekter får betydning ved meget lave temperaturer.

Ved temperaturer nær det absolutte nulpunkt (-273 °C) begynder atomerne at bevæge sig som bølger i stedet for som enkeltstående partikler, og glas kan på den måde begynde at flyde og blive til en væske.

Studiet, der er publiceret i det anerkendte tidsskrift Nature Physics, bliver mødt med begejstring hos en dansk forsker.

»Det er stadig meget nyt at se på kvante-effekter i glas, derfor er det et superspændende studie,« siger Jeppe Dyre, der er professor i fysik ved Roskilde Universitet og leder grundforskningscenteret ”Glas og Tid”, der studerer glasser ved hjælp af blandt andet computer-simulationer.

Molekylerne kan bevæge sig gennem hinanden

Når væsker køles ned, størkner de. Væsker kan nedkøles til fast form på to måder. Køles en væske passende langsomt, er den faste form såkaldt 'krystallinsk', køles væsken hurtigt nok ned dannes glastilstanden.

Ved meget lave temperaturer, tæt på det absolutte nulpunkt, sker der ifølge forskerne en ændring i processerne, som man eksempelvis vil kunne observere i helium (der danner en såkaldt superglas).

Molekylerne begynder at kunne bevæge sig igennem hinanden.  Dette meget overraskende fænomen kaldes for kvantemekanisk tunnelering.

Den ændrede proces betyder, at materialet nu går fra fast form til væske.

»Kvantemekanisk tunnelering er blevet påvist i mange områder inden for fysikken over de sidste 50 år, det særlige ved dette studie er den effekt, tunnelering kan have på nogle typer glas,« siger Jeppe Dyre.

Glas kan bestå af forskellige materialer og har derfor forskelligt smeltepunkt, men glas, som vi kender det fra hverdagen, bliver væskelignende ved 600-1000 grader. Nu ved vi, at en lignende proces teoretisk set er mulig tæt ved det absolute nulpunkt (-273 grader). (Foto:Colourbox)

Se video, der illustrerer kvantemekanisk tunnelering i glas:

De grønne og blå prikker i videoen er atomer ved temperaturer nær det absolutte nulpunkt, hvor glassen begynder at opføre sig væskelignende.

Den røde plet viser mulige veje for atomet, som ved disse temperaturer kan bevæge sig gennem andre atomer (af pædagogiske årsager har forskerne kun vist de mulige veje for et enkelt atom).

Forsøg kan tage længere tid end universet har eksisteret

Resultatet overraskede forskerne selv.

»Vi havde et skrivebordsresultat for et par år siden, men vi troede ikke på det. Det virkede som en usandsynlig teori,« siger kemikeren David Reichman, medforfatter på den videnskabelige artikel, til det amerikanske magasin Wired.

Men nu kan samme proces påvises med computermodeller. Dog er resultatet endnu ikke forsøgt efterprøvet i praksis, hvilket er forskernes næste mål.

Den praktiske efterprøvning af det teoretiske resultat vil kun kunne gøres med få glasser, forklarer Jeppe Dyre. Forskerne vil formodentlig først forsøge med helium.

»For en typisk glas dannet af stoffet glycerin, ville man skulle bruge mange flere år end universet har eksisteret for at kunne påvise teorien, så resultatet får ikke meget betydning for det fremtidige arbejde med glycerin og glas, som vi f.eks. kender fra vinduer. Men det laver ikke om på, at det i princippet ville fungere,« siger Jeppe Dyre.

 

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.





Det sker