Como dos superhéroes que finalmente unen fuerzas, La máquina Z de Sandia National Laboratories —generador de los pulsos eléctricos más poderosos del mundo— y la Instalación Nacional de Ignición del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore —la fuente láser más energética del planeta— en una serie de 10 experimentos han detallado las respuestas del oro y el platino a presiones tan extremas. que sus estructuras atómicas se distorsionaron momentáneamente como imágenes en un espejo de la casa de la diversión.

Los cambios de alta presión similares inducidos en otros entornos han producido rarezas como el hidrógeno que aparece como un fluido metálico, helio en forma de lluvia y sodio, un metal transparente. Pero hasta ahora no ha habido forma de calibrar con precisión estas presiones y respuestas, el primer paso para controlarlos.

Dijo el gerente de Sandia, Chris Seagle, autor de un artículo técnico publicado recientemente por la revista Ciencias , "Nuestros experimentos están diseñados para medir estas distorsiones en oro y platino en función del tiempo. La compresión nos da una medida de presión versus densidad".

Tras los experimentos en las dos grandes máquinas, Los investigadores desarrollaron tablas de respuestas de oro y platino a presiones extremas. "Estos proporcionarán un estándar para ayudar a los futuros investigadores a calibrar las respuestas de otros metales bajo estrés similar, "dijo Jean-Paul Davis, otro autor de un artículo y científico principal de Sandia en el esfuerzo por categorizar de manera confiable los datos extremos.

Datos generados por experimentos a estas presiones:aproximadamente 1,2 terapascales (un terapascal equivale a 1 billón de pascales), una cantidad de presión relevante para las explosiones nucleares:puede ayudar a comprender la composición de los exoplanetas, los efectos y resultados de los impactos planetarios, y cómo se formó la luna.

La unidad técnica llamada pascal es tan pequeña que a menudo se ve en sus múltiplos de miles, millones miles de millones o billones. Puede ser más fácil visualizar la escala de estos efectos en términos de unidades de presión atmosférica. El centro de la Tierra es aproximadamente 3,6 millones de veces la presión atmosférica al nivel del mar, o 3,6 millones de atmósferas. Los datos de Z alcanzaron 4 millones de atmósferas, o cuatro millones de veces la presión atmosférica al nivel del mar, mientras que la Instalación Nacional de Ignición alcanzó los 12 millones de atmósferas.

La fuerza del yunque de diamante

Notablemente, tales presiones se pueden generar en el laboratorio mediante un simple dispositivo de compresión llamado yunque de diamante.

Sin embargo, "No tenemos estándares para estos rangos de presión extrema, ", dijo Davis." Si bien los investigadores ven eventos interesantes, se ven obstaculizados al compararlos entre sí porque lo que un investigador presenta a 1,1 terapascales es sólo 0,9 en la escala de otro investigador ".

Lo que se necesita es una herramienta de calibración subyacente, como la tabla numérica que estos experimentos ayudaron a crear, él dijo, de modo que los científicos están hablando de resultados logrados con las mismas cantidades de presión documentadas.

"Los experimentos Z-NIF proporcionarán esto, "Dijo Davis.

Los experimentos generales, bajo la dirección del investigador de Lawrence Livermore D. E. Fratanduono, confió en la precisión de la máquina Z como un control de la potencia de NIF.

Precisión de Z, El poder de NIF

La fuerza de Z es creada por su poderoso campo magnético sin golpes, generado durante cientos de nanosegundos por su pulso de 20 millones de amperios. Para comparacion, una bombilla de 120 vatios usa un amperio.

La precisión de este método reenfocó las presiones más altas logradas usando métodos NIF.

Las presiones de NIF excedieron a las del núcleo del planeta Saturno, que es 850 gigapascales. Pero sus experimentos de compresión láser a veces requerían un pequeño impacto al comienzo de la onda de compresión, elevar la temperatura del material, lo que puede distorsionar las mediciones destinadas a establecer un estándar.

"El objetivo de la compresión sin golpes es mantener la temperatura relativamente baja para los materiales que se estudian, ", dijo Seagle." Básicamente, el material se calienta cuando se comprime, pero debería permanecer relativamente frío, cientos de grados, incluso a presiones terapascales. El calentamiento inicial es un comienzo problemático ".

Otra razón por la que Z, que contribuyó con la mitad del número de "disparos, "o despidos, y aproximadamente un tercio de los datos, se consideró el estándar para resultados de hasta 400 gigapascales debido a que el tamaño de la muestra de Z era aproximadamente 10 veces mayor:600 a 1, 600 micrones de espesor en comparación con 60 a 90 micrones en NIF. Un micrón es una milésima de milímetro.

Muestras más grandes, pulsos más lentos equivalen a mediciones más fáciles

"Porque eran más grandes, Las muestras de Z eran menos sensibles a la microestructura del material que las de NIF, ", dijo Davis." Las muestras más grandes y los pulsos más lentos son simplemente más fáciles de medir con una precisión relativa alta. La combinación de las dos instalaciones limitó estrictamente los estándares ".

La combinación de datos Z y NIF significó que la mayor precisión, pero los datos Z de menor intensidad podrían usarse para precisar la respuesta de presión baja a media, y con ajustes matemáticos, reducir el error en los datos NIF de mayor presión.

"El propósito de este estudio fue producir modelos de presión de alta precisión a aproximadamente un terapascal. Lo hicimos, por lo que esta combinación de instalaciones ha sido ventajosa, "dijo Seagle.