研究人員測(cè)量過(guò)冷原子液體中的晶體成核

位于漢堡附近舍內(nèi)費(fèi)爾德的歐洲 XFEL 研究人員仔細(xì)觀察了過(guò)冷液體中第一次結(jié)晶核的形成過(guò)程。他們發(fā)現(xiàn)，這種形成時(shí)間比之前認(rèn)為的要晚得多。這一發(fā)現(xiàn)可能有助于更好地了解未來(lái)云層中冰的形成，并更準(zhǔn)確地描述地球內(nèi)部的一些過(guò)程。

每個(gè)孩子都知道，當(dāng)天氣變得極冷時(shí)，水就會(huì)結(jié)成冰。對(duì)于水來(lái)說(shuō)，這種情況通常發(fā)生在 0°C(水的熔點(diǎn))以下。這是我們使用的攝氏溫標(biāo)上的一個(gè)固定點(diǎn)。

然而，從液態(tài)到固態(tài)的轉(zhuǎn)變是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，很難在原子水平上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。其中一個(gè)原因是晶體是隨機(jī)形成的：你不知道它何時(shí)何地發(fā)生。

此外，液體可以長(zhǎng)時(shí)間保持亞穩(wěn)態(tài)：即使它實(shí)際上應(yīng)該凍結(jié)并變成固體，它仍保持液態(tài)。這使得確定晶體形成的最佳時(shí)刻并觀察其生長(zhǎng)變得極其困難。

然而，這些影響與自然界息息相關(guān)。例如，它們?cè)谠茖又斜男纬苫虻厍騼?nèi)部的進(jìn)程中起著決定性的作用。

利用歐洲 XFEL 的 X 射線自由電子激光器發(fā)出的強(qiáng)烈 X 射線閃光，位于漢堡附近舍內(nèi)費(fèi)爾德的歐洲 XFEL 的一個(gè)國(guó)際研究小組現(xiàn)已成功精確測(cè)量過(guò)冷液體的成核。實(shí)驗(yàn)在真空中進(jìn)行，因此 X 射線不會(huì)與空氣中的分子相互作用，從而干擾實(shí)驗(yàn)。

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