Los átomos se comportan de manera muy diferente cuando se exprimen a presiones de más de un millón, o incluso mil millones, de veces la presión atmosférica en la Tierra. Comprender cómo reaccionan los átomos en condiciones de alta presión puede conducir a la creación de nuevos materiales y brindar a los científicos información valiosa sobre la composición de las estrellas y los planetas. así como el propio universo.

Esas son algunas de las razones por las que la Universidad de Rochester ha dirigido su atención al campo relativamente nuevo de la física de alta densidad de energía. Otra razón es que la Universidad está bien preparada para realizar contribuciones importantes en este campo.

"Nuestra gente y nuestros recursos nos colocan en una posición única para obtener conocimientos cruciales en el campo de la física de alta densidad de energía, "dice el director y vicepresidente senior de investigación Rob Clark.

Laboratorio de Rochester para Energética Láser, por ejemplo, es el hogar del láser OMEGA. Con 10 metros de alto y 100 metros de largo, OMEGA es el láser universitario más grande del mundo.

Rochester también ha contratado a Gilbert "Rip" Collins para dirigir una nueva, iniciativa de investigación multidisciplinaria para la física de alta densidad energética. Collins fue anteriormente el director del Centro de Física de Alta Densidad de Energía del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, y ahora es profesor en el Departamento de Ingeniería Mecánica y el Departamento de Física y Astronomía, así como científico senior en el Laboratorio de Energética Láser de la Universidad. Collins dice que la iniciativa "facilitará la colaboración entre química, Ingenieria, física, y astronomía, "lo que lleva a avances más rápidos en el campo.

Estudios de Collins, entre otras cosas, cómo se unen los átomos en condiciones de presión extrema. Típicamente, son los electrones más externos de un átomo los que reaccionan con los electrones de otros átomos. Pero cuando la presión sobre los átomos aumenta considerablemente, los electrones internos se involucran, y ahí es cuando comienza la diversión.

"Bajo una presión extrema, las propiedades químicas de los elementos con los que estamos familiarizados ya no se aplican, ", dice." Necesitamos nuevas tablas periódicas para diferentes condiciones de presión ".

El diamante es un material conocido que se forma bajo alta presión. Coloque carbono a 100 millas de profundidad en la tierra, donde la presión es de casi 50, 000 veces mayor que lo que existe en la superficie terrestre y las temperaturas están por encima de 2, 000 grados Fahrenheit, y los átomos se vuelven altamente organizados en una estructura que llamamos diamante.

Sin embargo, ese nivel de presión se encuentra en el extremo inferior de la escala cuando se trata de física de alta densidad de energía. A presiones más extremas, como dos millones de atmósferas, el sodio se convierte en un aislante; a 10 millones de atmósferas, se cree que el hidrógeno se puede convertir en un superfluido superconductor; y cuando las presiones superen los 200 millones de atmósferas, puede ser posible hacer que el aluminio sea transparente.

El láser OMEGA permite a los investigadores alcanzar tales presiones.

"Mucha gente piensa en los láseres como una fuente de calor intenso, ", dice Collins." Los láseres también pueden funcionar como una fuente de presión altamente concentrada, y el láser OMEGA nos permite estudiar materiales a presiones de millones a miles de millones de atmósferas. "Comprender cómo se comportan los átomos bajo presiones extremas permitirá a los investigadores" manipular deliberadamente la materia para formar algo nuevo, materiales exóticos, " él añade.

Robert McCrory, vicepresidente y director del Laboratorio de Energética Láser, dice Collins, que goza de una reputación internacional, "está magníficamente capacitado para liderar el esfuerzo en la Universidad". Señala que instalaciones como el laboratorio láser, la Instalación Nacional de Ignición en Lawrence Livermore, donde Collins estuvo empleado antes, así como la máquina Z en Sandia National Laboratories, "han abierto la nueva frontera de la física de alta densidad de energía" y han asegurado el liderazgo estadounidense en este campo.

Pero hay más en la física de alta densidad de energía que la creación de nuevos materiales. Michael Campbell, subdirector del Laboratorio de Energética Láser, llama al campo una "ciencia duradera".

"Siempre habrá nuevas áreas para explorar, incluyendo la naturaleza del propio universo, ", dice." La presión en el centro de los planetas supera los millones de atmósferas y cientos de miles de millones de estrellas. La física de alta densidad de energía puede ser clave para ayudarnos a aprender de qué están hechos los planetas y las estrellas, ya sea, como la tierra, tienen campos magnéticos, y cómo fluyen la radiación y la energía dentro de nuestro sol y otras estrellas ".