Эксперименты по огромному сжатию устанавливают новые шкалы давления

Чтобы проверить Стандартную модель физики элементарных частиц, ученые часто сталкивают частицы, используя гигантские подземные сооружения. Аналогичным образом физики, изучающие высокое давление, подвергают материалы огромным давлениям, чтобы дополнительно проверить квантовую теорию конденсированного состояния и уточнить прогнозы, сделанные с помощью самых мощных компьютеров.

Давление, превышающее 1 миллион атмосфер, способно резко деформировать атомные электронные облака и атомные решетки.

Это приводит к новым химическим связям и демонстрирует необычные явления, такие как гелиевый дождь, превращение натрия в прозрачный металл, появление суперионного водяного льда и превращение водорода в металлическую жидкость.

Благодаря новым методам, постоянно расширяющим границы физики высоких давлений, тера-давления (ТПа), которые когда-то были недоступны, теперь могут быть достигнуты в лаборатории с помощью статического или динамического сжатия (1 ТПа эквивалентно примерно 10 миллионам атмосфер).

Однако точное  определение давления добавляет еще один уровень сложности экспериментам в экстремальных условиях. Многие из этих методов основаны на калиброванном эталоне давления.

До сих пор большинство экспериментов полагалось на экстраполяцию калибровочных измерений низкого давления или теоретических моделей для определения давления в таких экстремальных условиях.

Ученые из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL), Sandia National Laboratories и Университета Хиого изменили это, выполнив эксперименты с самым мощным в мире лазером — National Ignition Facility (NIF) LLNL в Ливерморе, и самым мощным в мире импульсным лазером.

Используя новый подход, названный безударным или рамповым сжатием, команда определила, как сжимаются золото и платина, когда они подвергаются давлению до 1 ТПа с чрезвычайно высокой точностью. Затем они использовали свои данные для получения новых шкал давления до 1 ТПа.

«Это огромный шаг вперед, потому что с гораздо более точным определением давления в экспериментах мы сможем действительно проверять теоретические прогнозы и сравнивать квантовые модели, сделанные с помощью самых мощных компьютеров в мире», — говорят ученые.

«Это обеспечит прочную основу для будущих открытий с использованием статического и динамического сжатия, поскольку мы продолжаем проверять наше понимание квантовой теории конденсированного состояния, области активных исследований на стыке физики конденсированного состояния, материаловедения и квантовой химии. Поскольку наша работа позволит более точно измерить свойства компонентов планет при соответствующих давлениях ТПа, мы также ожидаем привлечь интерес геофизиков, планетологов и астрономов».

Исследование было опубликовано в журнале Science.