Een al lang bestaand probleem in de natuurkunde is eindelijk opgelost door professor Kostya Trachenko van de Queen Mary University of London's School of Physical and Chemical Sciences. Zijn onderzoek, gepubliceerd in Physical Review E , onthult een algemene theorie voor het voorspellen van smeltpunten, een fundamentele eigenschap waarvan het begrip wetenschappers al meer dan een eeuw verbijstert.

Decennia lang was ons begrip van de drie basistoestanden van materie – vaste stoffen, vloeistoffen en gassen – afhankelijk van temperatuur-druk-fasediagrammen. Deze diagrammen geven de omstandigheden weer waaronder elke staat bestaat, met duidelijke lijnen die ze scheiden. Eén cruciale lijn, de smeltlijn, die de overgang markeert tussen vast en vloeibaar, ontbeerde echter een universele beschrijving.

De theorie van professor Trachenko overbrugt deze kloof. Door een nieuw raamwerk te ontwikkelen waarin recente ontwikkelingen in de vloeistoftheorie zijn verwerkt, laat hij zien dat een eenvoudige parabolische vergelijking smeltlijnen kan beschrijven. Dit biedt niet alleen een praktisch hulpmiddel voor het voorspellen van smeltpunten, maar onthult ook een verrassende universaliteit tussen verschillende materiaaltypen.

Deze universaliteit komt voort uit de observatie dat parameters in de parabolische vergelijking worden bepaald door fundamentele fysische constanten zoals de constante van Planck en de elektronenmassa en lading.

"De eenvoud en universaliteit van dit resultaat zijn bijzonder opwindend", legt professor Trachenko uit. "Het suggereert dat smelten, ondanks de complexiteit ervan, een fundamentele eenheid vertoont tussen diverse systemen, van edelgassen tot metalen."

Deze ontdekking heeft belangrijke implicaties die verder gaan dan de theoretische natuurkunde. Nauwkeurige voorspelling van smeltpunten is cruciaal in de materiaalkunde, met toepassingen variërend van de ontwikkeling van medicijnen tot het ontwerpen van geavanceerde materialen en andere gebieden waar het voorspellen van fasediagrammen belangrijk is. Het werk van professor Trachenko maakt de weg vrij voor een dieper begrip van faseovergangen en de creatie van nieuwe materialen met op maat gemaakte eigenschappen.

Meer informatie: K. Trachenko, Theorie van smeltlijnen, Physical Review E (2024). DOI:10.1103/PhysRevE.109.034122

Journaalinformatie: Fysieke beoordeling E

Aangeboden door Queen Mary, Universiteit van Londen