美國物理學家(jiā)正在製造(zào)一個(gè)中(zhōng)子(zǐ)靜電懸浮室(shì)，用(yòng)於將(jiāng)一滴液態(tài)金屬(shǔ)懸(xuán)浮在(zài)半空中，進(jìn)而觀察金屬(shǔ)液滴(dī)冷(lěng)卻(què)成(chéng)玻(bō)璃過(guò)程中的(dí)原子(zǐ)活(huó)動。
懸(xuán)浮(fú)室將(jiāng)幫(bāng)助(zhù)科(kē)學家(jiā)揭開玻(bō)璃(lí)謎團(tuán)。
我(wǒ)們(mén)通(tōng)常(cháng)簡(jiǎn)單地(dì)認為(wéi)，玻璃就是(shì)安裝(zhuāng)在窗戶(hù)上的東西，但實(shí)際(jì)上(shàng)，玻璃也是一(yī)種物質(zhì)形態(tài)，就(jiù)像氣態，液態或者(zhě)固態一(yī)樣(yàng)。所有液體都能變成(chéng)玻(bō)璃，隻(zhī)是(shì)難易程(chéng)度不同罷了。美國(guó)華盛(shèng)頓(dùn)大(dà)學聖路易(yì)斯(sī)分校物理(lǐ)學家肯(kěn)尼斯(sī)·凱爾頓(dùn)表示(shì)：“4000年前(qián)，生活在(zài)美索(suǒ)不達(dá)米亞(yà)的(dí)人(rén)就開(kāi)始使用玻璃，但我(wǒ)們(mén)至今仍不了解液體如何變成玻璃的過程。這(zhè)是有趣(qù)的(dí)動(dòng)力學(xué)過(guò)程之一(yī)。 ”
此(cǐ)次研究中使用的(dí)液體為(wéi)金屬，例如(rú)鈦，鋯(gào)，鎳(niè)，鉑(bó)以及合(hé)金(兩種(zhǒng)或更(gēng)多種金屬的混(hùn)合物(wù))。如果(guǒ)能夠快(kuài)速冷卻(què)，這(zhè)些液態金屬也能(néng)變(biàn)成玻(bō)璃，而(ér)不是固(gù)體(tǐ)。關鍵(jiàn)的(dí)問(wèn)題是(shì)必須(xū)讓(ràng)這些(xiē)液態金屬處於不(bù)與容(róng)器(qì)等其(qí)他物質(zhì)接(jiē)觸的(dí)狀態。使用容(róng)器更容易讓(ràng)液態金屬變(biàn)成(chéng)固態(tài)而(ér)不是玻(bō)璃。為了進(jìn)行(háng)這種(zhǒng)實驗(yàn)，液態金屬必須在(zài)真(zhēn)空(kōng)中(zhōng)飄浮(fú)，不接(jiē)觸(chù)其他任(rèn)何東西。這也就是為什麼要使(shǐ)用懸浮室(shì)。
懸浮室(shì)將(jiāng)使用(yòng)電極誘(yòu)導金屬液滴表麵(miàn)的電(diàn)荷。在此之後(hòu)，電磁場(cháng)將負責(zé)讓(ràng)液滴在一(yī)個(gè)點上保持懸(xuán)浮(fú)狀態(tài)。另(lìng)一(yī)台(tái)機器“散變中(zhōng)子源”將(jiāng)產生(shēng)中(zhōng)子束(shù)，目標直指懸浮(fú)液滴。研究(jiū)人員計(jì)劃讓中(zhōng)子擔任光(guāng)綫的 “替身”，形成(chéng)一個(gè)中(zhōng)子顯(xiǎn)微鏡用以研(yán)究(jiū)液體。穿(chuān)過液滴(dī)過程中，中(zhōng)子(zǐ)能夠與液(yè)滴中(zhōng)的原(yuán)子發(fā)生(shēng)相(xiāng)互作用。當(dāng)中子在液(yè)滴(dī)另一麵出現時，它(tā)們(mén)會(huì)因液(yè)滴中的原子排(pái)列呈(chéng)現出一(yī)種*的結構(gòu)。
凱(kǎi)爾頓(dùn)說：“我們希望懸浮(fú)室(shì)實(shí)驗(yàn)能夠為我(wǒ)們(mén)提供有(yǒu)關液體(tǐ)中從未被(bèi)研(yán)究的東(dōng)西的(dí)信息。如果原子在液體中移(yí)動(dòng)，我們(mén)能夠(gòu)通(tōng)過中子(zǐ)穿過(guò)的方式了(liǎo)解這種移(yí)動。 ”在(zài)室(shì)溫下(xià)以固態存(cún)在的金屬(shǔ)必須被置於高(gāo)溫(wēn)環(huán)境(jìng)以保持(chí)液(yè)態。研究人(rén)員(yuán)計劃(huá)采用(yòng)激光(guāng)束(shù)照射液(yè)體(tǐ)樣本以保(bǎo)持(chí)加熱狀態，而(ér)後調整激(jī)光束能量(liáng)進而(ér)調節溫度，讓液(yè)態(tài)金(jīn)屬(shǔ)冷卻(què)成(chéng)玻璃(lí)。
固(gù)體擁(yōng)有組(zǔ)織非常嚴(yán)密的結構，相(xiāng)比(bǐ)之(zhī)下，液體中的(dí)原(yuán)子排列(liè)則較(jiào)為(wéi)混(hùn)亂，以不斷變化的不規(guī)則(zé)結構(gòu)聚集在(zài)一(yī)起(qǐ)。從(cóng)表麵(miàn)上看，玻璃更(gēng)像是固體，但內部原子排(pái)列卻更(gēng)接近液(yè)體(tǐ)。它(tā)們也(yě)會發生變化(huà)，隻是(shì)速度比固(gù)體更(gēng)為緩慢(màn)，這也就是(shì)為(wéi)什(shí)麼舊玻(bō)璃靠近(jìn)底(dǐ)部的地方(fāng)更厚。
物(wù)理學(xué)家(jiā)表(biǎo)示，雖然(rán)玻璃中的(dí)原子(zǐ)在(zài)一定(dìng)程度上隨機排(pái)列(liè)，但(dàn)它(tā)們實(shí)際(jì)上要(yào)比(bǐ)表(biǎo)麵看起來(lái)更(gēng)為(wéi)穩定(dìng)。絕大多(duō)數原子可(kě)能(néng)被它(tā)們(mén)的(dí)鄰(lín)居禁(jīn)錮(gù)在一定(dìng)位置，對(duì)於移(yí)動的原子來(lái)說，其周圍的原子(zǐ)也(yě)不得(dé)不發(fā)生移動。因此(cǐ)，玻(bō)璃(lí)流動的(dí)原(yuán)因(yīn)就(jiù)是內(nèi)部(bù)大(dà)量原子(zǐ)的共(gòng)同移動。
凱爾頓及(jí)其團(tuán)隊在懸浮室進行的(dí)早期實驗(yàn)顯示(shì)，原(yuán)子(zǐ)以有序(xù)結(jié)構(gòu)聚集在一(yī)起(qǐ)可形成(chéng)島狀物。這(zhè)些(xiē)島狀物似乎可(kě)以(yǐ)幹擾在固體中形成的更大結構(gòu)，它們(mén)的存在(zài)阻(zǔ)止液體變成(chéng)固體(tǐ)，讓液(yè)體保持一(yī)種較為混亂(luàn)的狀(zhuàng)態(tài)。但對於島狀物如何(hé)發(fā)揮作(zuò)用或(huò)者所(suǒ)有玻(bō)璃(lí)中(zhōng)是否(fǒu)都(dū)存(cún)在這(zhè)種現(xiàn)象，研究人(rén)員(yuán)並(bìng)沒(méi)有(yǒu)達成(chéng)一(yī)致(zhì)意見。他(tā)們(mén)希(xī)望未來的(dí)懸(xuán)浮(fú)室(shì)實(shí)驗能夠(gòu)提供新(xīn)綫索。
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