Laserem w diament

Jeśli akurat zaplanowana jest przerwa w badaniach syntezy jądrowej, największy na świecie laser można wykorzystać do „kruszenia” diamentów, w celu badania powstawania i rozwoju planet oczywiście. Diament został poddany działaniu lasera, który wytworzył ciśnienie znacznie większe niż jest możliwe na Ziemi. Wyniki mają pomóc zrozumieć warunki zachodzące głęboko wewnątrz planet – olbrzymów.

Gęste atmosfery gazowych olbrzymów – Jowisza i Saturna, zawierają węgiel. Modelowanie chemiczne wskazuje, że ciśnienie w głębi planety miażdży go i prawdopodobnie tworzy kawałki diamentu. Do tej pory nikt nie był w stanie zasymulować takich warunków na Ziemi i bliżej zbadać to zjawisko.

Korzystając z 176 laserów (ze 192 będących na wyposażeniu) National Ignition Facility (Narodowego Zakładu Zapłonu) znajdującego się w Livermore, w stanie Kalifornia, zespół Raya Smitha bombardował mały fragment diamentu.

Sztuką było przeprowadzenie doświadczenia jak najwolniej, ponieważ zbyt szybka kompresja wywołałaby natychmiastowy wzrost temperatury i stopienie diamentu w płynny węgiel. Aby tego uniknąć zespół użył techniki stosowanej wcześniej do implozji kapsułek paliwowych w badaniach nad syntezą jądrową. 

Zespół umieścił diament wewnątrz małego złotego cylindra z wyciętym otworem, a następnie precyzyjnie planowane impulsy laserowe wpuszczono wewnątrz cylindra. To spowodowało, że złoto zaczęło emitować lawinę promieni rentgenowskich, które bombardowały kamień, powodując potężne fale kompresji wewnątrz niego.

Od początku do końca, eksperyment trwał zaledwie około 20 nanosekund – znacznie szybciej niż w mrugnięcie oka, ale na tyle wolno, aby nie stopić kamienia. W ciągu tego krótkiego czasu, zespół był w stanie poddać diament ciśnieniu do 5 terapaskali – około 50 milionów razy większe niż wynosi ciśnienie atmosferyczne na powierzchni Ziemi, 14 razy większe niż panujące w jądrze Ziemi i zbliżone do ciśnienia w jądrze Saturna. Otrzymane dane mogą być teraz używane do poprawy modeli budowy gazowych olbrzymów w Układzie Słonecznym oraz nowo odkrytych egzoplanet.

Co się stało z samym diamentem? Gigantyczna energia zamieniła diament w proch, ale przed zniszczeniem minerału naukowcy z powodzeniem zmierzyli gęstość podczas wzrostu ciśnienia. W ułamek sekundy jego gęstość wzrosła prawie 4-krotnie (z 3,25 do 12,03 gęstości wody), tym samym przekroczył gęstość ołowiu.

Mimo entuzjazmu z udanego eksperymentu, część fizyków nieco tonuje nastroje przypominając, że warunki panujące wewnątrz planet są znacznie bardziej skomplikowane i nie opierają się wyłącznie na gigantycznym ciśnieniu. Co więcej, tworzenie planet następuje w ciągu wielu milionów lat podczas gdy przeprowadzone badanie trwało ułamek sekundy. Niemniej jednak wszyscy zgłaszają potrzebę kontynuacji badań w przyszłości.

P.S. Jeśli komuś widok komory na zdjęciu powyżej wydaje się znajomy, zapewne widział film Star Trek – Into Darkness, w którym wnętrza NIF posłużyły jako inspiracja wyglądu rdzenia WARP.

77 views