Come due supereroi che finalmente uniscono le forze, La macchina Z dei Sandia National Laboratories—generatore degli impulsi elettrici più potenti del mondo—e la National Ignition Facility del Lawrence Livermore National Laboratory—la sorgente laser più energetica del pianeta—in una serie di 10 esperimenti hanno dettagliato le risposte di oro e platino a pressioni così estreme che le loro strutture atomiche si distorcevano momentaneamente come immagini in uno specchio da luna park.

Simili cambiamenti ad alta pressione indotti in altri contesti hanno prodotto stranezze come l'idrogeno che appare come un fluido metallico, elio sotto forma di pioggia e sodio un metallo trasparente. Ma fino ad ora non c'era modo di calibrare accuratamente queste pressioni e risposte, il primo passo per controllarli.

Ha detto il manager di Sandia Chris Seagle, un autore di un articolo tecnico recentemente pubblicato dalla rivista Scienza , "I nostri esperimenti sono progettati per misurare queste distorsioni nell'oro e nel platino in funzione del tempo. La compressione ci fornisce una misurazione della pressione rispetto alla densità".

A seguito di esperimenti sulle due grandi macchine, i ricercatori hanno sviluppato tabelle di risposte dell'oro e del platino a pressioni estreme. "Questi forniranno uno standard per aiutare i futuri ricercatori a calibrare le risposte di altri metalli sotto stress simile, " ha detto Jean-Paul Davis, un altro autore di articoli e scienziato capo di Sandia nel tentativo di classificare in modo affidabile i dati estremi.

Dati generati da esperimenti a queste pressioni:circa 1,2 terapascal (un terapascal è 1 trilione di pascal), una quantità di pressione rilevante per le esplosioni nucleari può aiutare a comprendere la composizione degli esopianeti, gli effetti e i risultati degli impatti planetari, e come si è formata la luna.

L'unità tecnica chiamata pascal è così piccola che spesso si vede nei suoi multipli di migliaia, milioni, miliardi o trilioni. Potrebbe essere più facile visualizzare la scala di questi effetti in termini di unità di pressione atmosferica. Il centro della Terra è circa 3,6 milioni di volte la pressione atmosferica a livello del mare, o 3,6 milioni di atmosfere. I dati di Z hanno raggiunto 4 milioni di atmosfere, o quattro milioni di volte la pressione atmosferica al livello del mare, mentre il National Ignition Facility ha raggiunto i 12 milioni di atmosfere.

La forza dell'incudine di diamante

Sorprendentemente, tali pressioni possono essere generate in laboratorio da un semplice dispositivo di compressione chiamato incudine diamantata.

Però, "Non abbiamo standard per questi intervalli di pressione estrema, "ha detto Davis. "Mentre gli investigatori vedono eventi interessanti, sono ostacolati nel confrontarli tra loro perché ciò che un ricercatore presenta a 1,1 terapascal è solo 0,9 sulla scala di un altro ricercatore".

Quello che serve è uno strumento di calibrazione sottostante, come la tavola numerica che questi esperimenti hanno contribuito a creare, Egli ha detto, in modo che gli scienziati stiano parlando di risultati ottenuti alle stesse quantità documentate di pressione.

"Gli esperimenti Z-NIF forniranno questo, " ha detto Davis.

Gli esperimenti complessivi, sotto la direzione del ricercatore Lawrence Livermore D. E. Fratanduono, si basava sulla precisione della macchina Z come controllo sulla potenza del NIF.

la precisione di Z, Il potere del NIF

La forza di Z è creata dal suo potente campo magnetico antiurto, generato per centinaia di nanosecondi dal suo impulso di 20 milioni di ampere. Per confronto, una lampadina da 120 watt utilizza un ampere.

L'accuratezza di questo metodo ha riorientato le pressioni più elevate ottenute utilizzando i metodi NIF.

Le pressioni del NIF hanno superato quelle al centro del pianeta Saturno, che è 850 gigapascal. Ma i suoi esperimenti di compressione laser a volte richiedevano un piccolo shock all'inizio dell'onda di compressione, innalzamento della temperatura del materiale, che possono distorcere le misurazioni destinate a stabilire uno standard.

"Il punto della compressione senza shock è mantenere la temperatura relativamente bassa per i materiali studiati, " disse Seagle. "Fondamentalmente il materiale si riscalda mentre si comprime, ma dovrebbe rimanere relativamente fresco - centinaia di gradi - anche a pressioni terapascal. Il riscaldamento iniziale è un inizio problematico."

Un altro motivo per cui Z, che ha contribuito la metà del numero di "scatti, "o licenziamenti, e circa un terzo dei dati, era considerato lo standard per risultati fino a 400 gigapascal era perché la dimensione del campione di Z era circa 10 volte più grande:600 a 1, 600 micron di spessore rispetto a 60-90 micron su NIF. Un micron è un millesimo di millimetro.

Campioni più grandi, impulsi più lenti equivalgono a misurazioni più facili

"Perché erano più grandi, I campioni di Z erano meno sensibili alla microstruttura del materiale rispetto a quelli di NIF, " ha detto Davis. "Campioni più grandi e impulsi più lenti sono semplicemente più facili da misurare con un'elevata precisione relativa. La combinazione delle due strutture ha davvero vincolato gli standard".

La combinazione dei dati Z e NIF significava che la maggiore precisione, ma i dati Z di intensità inferiore potrebbero essere utilizzati per definire la risposta alla pressione da bassa a media, e con aggiustamenti matematici, ridurre l'errore sui dati NIF ad alta pressione.

"Lo scopo di questo studio era produrre modelli di pressione altamente accurati a circa un terapascal. Lo abbiamo fatto, quindi questa combinazione di servizi è stata vantaggiosa, "disse Seagle.