Der geschmolzene Code geknackt: Über 100 Jahre altes Physikproblem gelöst

Forschungen zeigen eine einfache parabolische Gleichung, die die Schmelzpunkte bestimmt und so eine grundlegende Einheit über verschiedene Materialien hinweg zeigt und das Verständnis von Phasenübergängen voranbringt. Quelle: SciTechDaily.com

Ein Professor hat eine bahnbrechende Theorie entwickelt, die eine universelle Methode zur Vorhersage von Schmelzpunkten bietet, eine seit einem Jahrhundert bestehende Herausforderung in der Physik adressiert und bedeutende Vorteile für die Materialwissenschaft bietet.

Ein langjähriges Problem in der Physik wurde endlich von Professor Kostya Trachenko von der School of Physical and Chemical Sciences der Queen Mary University of London gelöst. Seine Forschung, die in der Physical Review E veröffentlicht wurde, enthüllt eine allgemeine Theorie zur Vorhersage von Schmelzpunkten, eine fundamentale Eigenschaft, deren Verständnis Wissenschaftler seit über einem Jahrhundert frustriert.

Jahrzehntelang basierte unser Verständnis der drei Grundzustände der Materie - Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase - auf Temperatur-Druck-Phasendiagrammen. Diese Diagramme zeigen die Bedingungen, unter denen jeder Zustand existiert, mit unterschiedlichen Linien, die sie trennen. Allerdings fehlte eine entscheidende Linie, die Schmelzlinie - die den Übergang zwischen fest und flüssig markiert - eine universelle Beschreibung.

Professor Trachenkos Theorie schließt diese Lücke. Er entwickelt einen neuen Rahmen, der jüngste Fortschritte in der Flüssigkeitstheorie einbezieht. Er zeigt, dass Schmelzlinien durch eine einfache parabolische Gleichung beschrieben werden können. Dies bietet nicht nur ein praktisches Werkzeug zur Vorhersage von Schmelzpunkten, sondern offenbart auch eine überraschende Universalität über verschiedene Materialtypen hinweg. Diese Universalität ergibt sich aus der Beobachtung, dass die Parameter in der Parabolgleichung durch fundamentale physikalische Konstanten wie die Planck-Konstante und die Elektronenmasse und -ladung bestimmt werden.

"Die Einfachheit und Universalität dieses Ergebnisses sind besonders aufregend", erklärt Professor Trachenko. "Es deutet darauf hin, dass trotz seiner Komplexität das Schmelzen eine grundlegende Einheitlichkeit in unterschiedlichen Systemen zeigt, von Edelgasen bis hin zu Metallen."

Diese Entdeckung hat erhebliche Auswirkungen über die theoretische Physik hinaus. Die genaue Vorhersage von Schmelzpunkten ist in der Materialwissenschaft von entscheidender Bedeutung, mit Anwendungen von der Arzneimittelentwicklung bis hin zur Gestaltung fortschrittlicher Materialien und anderen Bereichen, in denen die Vorhersage von Phasendiagrammen wichtig ist. Professor Trachenkos Arbeit ebnet den Weg für ein tieferes Verständnis von Phasenübergängen und die Schaffung neuer Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften.