La densità di energia contenuta nel centro di una stella è più alta di quanto possiamo immaginare:molti miliardi di atmosfere, rispetto all'atmosfera di pressione con cui viviamo qui sulla superficie terrestre.

Queste condizioni estreme possono essere ricreate solo in laboratorio attraverso esperimenti di fusione con i laser più grandi del mondo, che sono le dimensioni degli stadi. Ora, gli scienziati hanno condotto un esperimento presso la Colorado State University che offre un nuovo percorso per creare condizioni così estreme, con molto più piccolo, laser compatti che utilizzano impulsi laser ultracorti che irradiano array di nanofili allineati.

Gli esperimenti, guidato dal Distinguished Professor Jorge Rocca nei Dipartimenti di Ingegneria Elettrica e Informatica e Fisica, misurato accuratamente quanto profondamente queste energie estreme penetrano nelle nanostrutture. Queste misurazioni sono state effettuate monitorando i raggi X caratteristici emessi dall'array di nanofili, in cui la composizione del materiale cambia con la profondità.

I modelli numerici convalidati dagli esperimenti prevedono che l'aumento delle intensità di irradiazione ai massimi livelli resi possibili dai laser ultraveloci di oggi potrebbe generare pressioni tali da superare quelle al centro del nostro sole.

I risultati, pubblicato l'11 gennaio sulla rivista Progressi scientifici , aprire un percorso per ottenere pressioni senza precedenti in laboratorio con laser compatti. Il lavoro potrebbe aprire una nuova indagine sulla fisica ad alta densità di energia; come si comportano gli atomi altamente carichi nei plasmi densi; e come la luce si propaga a pressioni ultraelevate, temperature, e densità.

La creazione di materia nel regime di densità di energia ultraelevata potrebbe informare lo studio della fusione guidata dal laser - utilizzando i laser per guidare reazioni di fusione nucleare controllate - e per un'ulteriore comprensione dei processi atomici in ambienti di laboratorio astrofisici ed estremi.

La capacità di creare materia ad altissima densità di energia utilizzando strutture più piccole è quindi di grande interesse per rendere questi regimi di plasma estremi più accessibili per studi e applicazioni fondamentali. Una di queste applicazioni è la conversione efficiente della luce laser ottica in lampi luminosi di raggi X.

Il lavoro è stato uno sforzo multi-istituzionale guidato dalla CSU che includeva gli studenti laureati Clayton Bargsten, Reed Hollinger, Alex Rockwood, e lo studente universitario David Keiss, tutti in collaborazione con Rocca. Sono stati coinvolti anche i ricercatori Vyacheslav Shlyapsev, che ha lavorato nella modellazione, e Yong Wang e Shoujun Wang, tutti dello stesso gruppo.

La co-autore includeva Maria Gabriela Capeluto dell'Università di Buenos Aires, e Richard Londra, Riccardo Tommasini e Jaebum Park del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL). Le simulazioni numeriche sono state condotte da Vural Kaymak e Alexander Pukhov dell'Università Heinrich-Heine di Dusseldorf, utilizzando i dati atomici di Michael Busquet e Marcel Klapisch di Artep, Inc.