Теперь исследователи могут воссоздать и точно измерить свойства материалов, которые контролируют эволюцию этих планет с течением времени, — информацию, необходимую для понимания того, как формируются эти массивные объекты. Это исследование было сосредоточено на углероде, четвертом по распространенности элементе в космосе (после водорода, гелия и кислорода), который играет важную роль во многих типах планет внутри и за пределами нашей солнечной системы. Исследование опубликовано в номере журнала Nature от 17 июля.
Используя самый большой лазер в мире, Национальный центр зажигания в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса, команды из лаборатории Калифорнийского университета, Беркли и Принстонского университета сжимали образцы до давления, в 50 миллионов раз превышающего атмосферное давление Земли, что сопоставимо с давлением в центре. Юпитера и Сатурна. Из 192 лазеров в NIF команда использовала 176 с изысканной формой зависимости энергии от времени, чтобы создать волну давления, которая сжимала материал в течение короткого периода времени. Образец — алмаз — испаряется менее чем за 10 миллиардных долей секунды.
Хотя алмаз является наименее сжимаемым материалом из известных, исследователям удалось сжать его до беспрецедентно большей плотности, чем у свинца в условиях окружающей среды.«Экспериментальные методы, разработанные здесь, предоставляют новую возможность экспериментального воспроизведения условий давления и температуры глубоко в недрах планеты», — сказал Рэй Смит, физик LLNL и ведущий автор статьи.
Такое давление достигалось и раньше, но только с помощью ударных волн, которые также создают высокие температуры — сотни тысяч градусов и более, — что нереально для планетных недр. Техническая задача заключалась в поддержании температуры на достаточно низком уровне, чтобы иметь отношение к планетам.
Проблема аналогична перемещению плуга достаточно медленно, чтобы продвигать песок вперед, не накапливая его в высоту. Это было достигнуто путем тщательной настройки скорости изменения интенсивности лазера со временем.«Эта новая способность исследовать давление вещества в атомном масштабе, когда экстраполяция более ранних ударных и статических данных становится ненадежной, обеспечивает новые ограничения для теорий плотной материи и моделей эволюции планет», — сказал Рип Коллинз, другой физик Лоуренса Ливермора в команде.
Данные, описанные в этой работе, являются одними из первых тестов для предсказаний, сделанных на заре квантовой механики более 80 лет назад, которые обычно используются для описания материи в центре планет и звезд. теории хороши, были обнаружены важные различия, предполагающие потенциальные скрытые сокровища в свойствах алмаза, сжатого до таких крайностей. Дальнейшие эксперименты над NIF направлены на дальнейшее раскрытие этих тайн.