Avanço na previsão do ponto de fusão:problema de física de 100 anos resolvido

(a) MLs experimentais de Ar, He, H₂ e H₂ O. O ML para In é de um EOS empírico com parâmetros experimentais. O ML para Fe é da Ref. [81] mostrado na inserção devido a uma faixa de temperatura diferente e até 60 GPa onde existem experimentos estáticos. (b) Os mesmos MLs estão na faixa de baixa pressão e baixa temperatura (círculos). As linhas mostram os ajustes à Eq. (19) conforme discutido no texto. Crédito:Revisão Física E (2024). DOI:10.1103/PhysRevE.109.034122

Um problema de longa data na física foi finalmente resolvido pelo professor Kostya Trachenko, da Escola de Ciências Físicas e Químicas da Universidade Queen Mary de Londres. Sua pesquisa, publicada na Physical Review E , revela uma teoria geral para prever os pontos de fusão, uma propriedade fundamental cuja compreensão tem confundido os cientistas há mais de um século.

Durante décadas, a nossa compreensão dos três estados básicos da matéria – sólidos, líquidos e gases – baseou-se em diagramas de fase temperatura-pressão. Esses diagramas representam as condições sob as quais cada estado existe, com linhas distintas separando-os. Contudo, uma linha crucial, a linha de fusão – que marca a transição entre sólido e líquido – carecia de uma descrição universal.

A teoria do Professor Trachenko preenche esta lacuna. Ao desenvolver uma nova estrutura que incorpora avanços recentes na teoria dos líquidos, ele demonstra que uma simples equação parabólica pode descrever linhas de fusão. Isto não só oferece uma ferramenta prática para prever pontos de fusão, mas também revela uma surpreendente universalidade entre diferentes tipos de materiais.

Essa universalidade vem da observação de que os parâmetros da equação parabólica são governados por constantes físicas fundamentais, como a constante de Planck e a massa e carga do elétron.

“A simplicidade e universalidade deste resultado são particularmente emocionantes”, explica o professor Trachenko. "Isso sugere que o derretimento, apesar de suas complexidades, apresenta uma unidade fundamental em diversos sistemas, desde gases nobres até metais."

Esta descoberta tem implicações significativas além da física teórica. A previsão precisa dos pontos de fusão é crucial na ciência dos materiais, com aplicações que vão desde o desenvolvimento de medicamentos até o projeto de materiais avançados e outras áreas onde a previsão de diagramas de fases é importante. O trabalho do professor Trachenko abre caminho para uma compreensão mais profunda das transições de fase e para a criação de novos materiais com propriedades personalizadas.

Mais informações: K. Trachenko, Teoria das linhas de fusão, Revisão Física E (2024). DOI:10.1103/PhysRevE.109.034122
Informações do diário: Revisão Física E

Fornecido por Queen Mary, Universidade de Londres

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