Experimentele de compresie fără șocuri stabilesc noi scale de presiune extremă

Folosind cel mai energic laser din lume și cea mai puternică centrală electrică pulsată din lume, o echipă internațională de cercetare a obținut noi scale de presiune pentru aur și platină la o scară terapeutică.

Pentru a testa modelul standard de fizică a particulelor, oamenii de știință se ciocnesc adesea de particule folosind inele subterane gigantice. În mod similar, fizicienii de înaltă presiune comprimă materialele la presiuni din ce în ce mai mari pentru a testa în continuare teoria cuantică a materiei condensate și a provoca predicțiile făcute cu computere mai puternice.

Presiunile care depășesc un milion de atmosfere sunt capabile să deformeze dramatic nori de electroni atomici și să modifice modul în care atomii se leagă între ei. Acest lucru duce la o nouă legătură chimică și a dezvăluit comportamente extraordinare, cum ar fi ploaia cu heliu, transformarea sodiului într-un metal transparent, apariția gelului de apă superionic și transformarea hidrogenului într-un fluid metalic.

Cu noi tehnici care avansează constant la frontiera fizicii de înaltă presiune, presiunile terapeutice (TPa) care înainte erau inaccesibile laboratorului pot fi acum realizate prin compresie statică sau dinamică (1 TPa este egal cu aproximativ 10 milioane de atmosfere).

Cu toate acestea, determinarea precisă și precisă a presiunii adaugă un alt nivel de complexitate experimentelor în condiții extreme. Multe dintre aceste tehnici se bazează pe un standard de presiune calibrat. Până în prezent, majoritatea experimentelor se bazau pe extrapolări ale măsurătorilor de calibrare la presiune scăzută sau modele teoretice pentru a determina presiunea în aceste condiții extreme.

Oamenii de știință de la Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Sandia National Laboratories și Hyogo University au schimbat acest lucru prin efectuarea de experimente pe cea mai energică instalație de aprindere cu laser din lume (NIF) din LLNL din Livermore, California.) Și cel mai puternic impuls de putere din lume Sandia’s Z Machine în Albuquerque, New Mexico.

Folosind o nouă abordare, numită compresie fără șoc sau rampă, echipa a stabilit modul în care aurul și platina sunt comprimate atunci când sunt extrase la 1 TPa cu o precizie extrem de ridicată. Apoi și-au folosit datele pentru a obține noi scale de presiune la 1 TPa. Cercetarea a fost publicată la 4 iunie 2021 a Ştiinţă și apare într-o secțiune specială „Perspective”.

„NIF și mașina Z sunt instalații unice. Ne-am îmbunătățit capacitatea de a efectua cea mai precisă măsurare posibilă “, a spus Dayne Fratanduono, fizician LLNL și autor principal al publicației.” Pentru a face compresie fără șocuri, folosim mai multe raze laser sau putere pulsată pentru a ne stoarce treptat eșantionul. Dar cheia este să controlăm cu atenție viteza cu care creștem presiunea asupra eșantionului, pentru a evita formarea unei unde de șoc care ar distruge experimentul. Și trebuie să rețineți că întregul experiment durează mult mai puțin de o milionime de secundă ”.

„Trucul este că majoritatea materialelor devin mai rigide pe măsură ce se comprimă, așa că tot ce trebuie să facem este să ghicim cât de mult și apoi să găsim o mașină care nu numai că va furniza suficientă energie, ci și suficient control pentru a efectua„ experimentul ”, a adăugat el. . Marius Millot, fizician LLNL și coautor.

Potrivit lui Fratanduono, au existat alte câteva domenii care au fost cheia pentru atingerea nivelului ridicat al experimentelor precizie: un nivel incredibil de precizie în prelucrarea treptelor de dimensiuni micronizate către obiective; amploarea acestor pași; și măsurători de viteză ultra-rapidă care au permis echipei de cercetare să determine modul în care eșantionul este comprimat.

„Acesta este cu adevărat punctul culminant al mai multor decenii de evoluții tehnologice”, a spus Fratanduono. “A fost nevoie de câțiva ani de dezvoltare pentru a atinge acest nivel de maturitate în experimente și combinarea avantajelor individuale ale NIF și Z, cele două cele mai bune instalații cu densitate ridicată de energie, a fost, de asemenea, cheia pentru limitarea răspunsului materialului din aur și platină.”

Echipa prezice că aceste noi scale de presiune vor permite altor oameni de știință din întreaga lume să determine cu exactitate presiunea în experimentele lor prin simpla măsurare a densității unei bucăți de aur comprimat sau platină împreună cu eșantionul lor de interes.

„Acesta este un mare pas înainte, deoarece cu o determinare a presiunii mult mai bună în cadrul experimentelor, vom putea testa cu adevărat predicțiile teoretice și referințele simulărilor cuantice realizate cu cele mai puternice computere din lume”, a spus Fratanduono. „Acest lucru va oferi o bază solidă pentru descoperirile viitoare cu compresie statică și dinamică, pe măsură ce continuăm să ne testăm înțelegerea teoriei cuantice a materiei condensate, o zonă de cercetare activă în conjuncția fizicii materiei condensate, știința materiei condensate. și chimia cuantică. Deoarece munca noastră va permite măsurători mai precise ale proprietăților componentelor planetare la presiunile relevante ale TPa, sperăm, de asemenea, să atragem interesul geofizicienilor, oamenilor de știință planetari și astronomilor ”.

Referințe:

„Stabilirea standardelor de aur și platină la o scară de terapie prin compresie fără șoc” de DE Fratanduono, M. Millot, DG Braun, SJ Ali, A. Fernandez-Pañella, CT Seagle, J.-P. Davis, JL Brown, Y. Akahama, RG Kraus, MC Marshall, RF Smith, EF O’Bannon III, JM McNaney și JH Eggert, 4 iunie 2021, Ştiinţă.
DOI: 10.1126 / science.abh0364

„Calibrarea experimentelor a atom-presiuni zdrobitoare ”de Raymond Jeanloz, 4 iunie 2021, Ştiinţă.
DOI: 10.1126 / science.abi8015

Pe lângă Fratanduono și Millot, co-autorii David Braun, Suzanne Ali, Amalia Fernandez-Pañella, Richard Kraus, Michelle Marshall, Raymond Smith, Earl O’Bannon, James McNaney și Jon Eggert de la LLNL; Christopher Seagle, Jean-Paul Davis și Justin Brown de la Sandia National Laboratories; și Yuichi Akahama de la Universitatea Hyogo.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Inginerii dezvoltă o nouă tehnologie de tratare a apei care ar putea ajuta și exploratorii Marte

Un catalizator care distruge percloratul din apă poate curăța solul marțian. O echipă condusă de ingineri de la Universitatea din California Riverside a dezvoltat un...

Dezechilibrul energetic al Pământului s-a dublat

Faceți clic pe imaginea pentru a anima: Comparația estimărilor anuale suprapuse la intervale de 6 luni ale fluxului anual net de energie în atmosfera...

Modul în care celulele folosesc „pungile pentru gunoi” pentru a-și transporta deșeurile de reciclare

Descoperirile pot avea implicații importante pentru înțelegerea bolilor legate de vârstă. Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebys au obținut o perspectivă mai profundă...

Cercetătorii iau distribuția cheii cuantice din laborator

Dovezile pe teren arată că simpla funcționare a sistemului DCC cu rețeaua de telecomunicații existentă în Italia. Într-un nou studiu, cercetătorii au demonstrat un sistem...

Știința simplificată: ce sunt rețelele cuantice?

din Departamentul Energiei din SUA 17 iunie 2021 Părțile interesate din guvern, laboratoare naționale, universități și industrie s-au alăturat DOE Internet Quantum Project Workshop pentru a...

Newsletter

Subscribe to stay updated.