Para probar el modelo estándar de física de partículas, Los científicos a menudo chocan partículas utilizando gigantescos anillos subterráneos. De una forma similar, Los físicos de alta presión comprimen materiales a presiones cada vez mayores para probar aún más la teoría cuántica de la materia condensada y desafiar las predicciones realizadas con las computadoras más poderosas.

Las presiones que superan el millón de atmósferas son capaces de deformar drásticamente las nubes electrónicas atómicas y alterar la forma en que los átomos se agrupan. Esto conduce a nuevos enlaces químicos y ha revelado comportamientos extraordinarios como la lluvia de helio, la transformación del sodio en un metal transparente, la aparición de hielo de agua superiónica y la transformación del hidrógeno en un fluido metálico.

Con nuevas técnicas que avanzan constantemente en la frontera de la física de alta presión, Las presiones terapascales (TPa) que antes eran inaccesibles ahora se pueden lograr en el laboratorio mediante compresión estática o dinámica (1 TPa equivale aproximadamente a 10 millones de atmósferas).

Sin embargo, La determinación precisa y precisa de la presión añade otro nivel de complejidad a los experimentos en condiciones extremas. Muchas de estas técnicas se basan en un estándar de presión calibrado. Hasta ahora, la mayoría de los experimentos se basaron en extrapolaciones de medidas de calibración de baja presión o modelos teóricos para determinar la presión en condiciones tan extremas.

Científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), Sandia National Laboratories y la Universidad de Hyogo han cambiado eso al realizar experimentos en el láser más energético del mundo:la Instalación Nacional de Ignición (NIF) de LLNL en Livermore, California, y la instalación de energía pulsada más poderosa del mundo, Sandia's Z Machine en Albuquerque, Nuevo Mexico.

Usando un nuevo enfoque, denominada compresión sin golpes o en rampa, el equipo determinó cómo se comprimen el oro y el platino cuando se exprimen a 1 TPa con una precisión extremadamente alta. Luego, utilizaron sus datos para derivar nuevas escalas de presión a 1 TPa. La investigación fue publicada hoy en Ciencias y aparece en una sección especial de "Perspectivas".

"El NIF y la máquina Z son instalaciones únicas. Realmente impulsamos su capacidad para realizar la medición más precisa posible, "dijo Dayne Fratanduono, Físico del LLNL y autor principal de la publicación. "Para hacer compresión sin golpes, utilizamos varios rayos láser o la fuente de energía pulsada para exprimir gradualmente nuestra muestra. Pero la clave es controlar con mucho cuidado la velocidad a la que aumentamos la presión sobre la muestra, para evitar formar una onda de choque que arruinaría el experimento. Y hay que tener en cuenta que todo el experimento dura mucho menos de una millonésima de segundo ".

"El truco es que la mayoría de los materiales se vuelven más rígidos a medida que se comprimen, así que todo lo que tenemos que hacer es adivinar cuánto, y luego encontrar una máquina que no solo proporcione suficiente energía sino también suficiente control para realizar el experimento, "añadió Marius Millot, Físico y coautor del LLNL.

Según Fratanduono, había varias otras áreas que fueron clave para lograr el alto nivel de precisión de los experimentos:un increíble nivel de precisión en el mecanizado de pasos del tamaño de una micra en los objetivos; la medida de esos pasos; y mediciones de velocimetría ultrarrápida que permitieron al equipo de investigación determinar cómo se comprime la muestra.

"Esta es realmente la culminación de varias décadas de desarrollos tecnológicos, ", Dijo Fratanduono." Se necesitaron varios años de desarrollo para alcanzar este nivel de madurez en los experimentos y combinar las ventajas individuales de NIF y Z, las dos mejores instalaciones de alta densidad energética, también fue clave para restringir realmente la respuesta material del oro y el platino ".

El equipo anticipa que estas nuevas escalas de presión permitirán a otros científicos de todo el mundo, fácilmente, sin embargo, precisamente, determinar la presión en sus experimentos simplemente midiendo la densidad de una pieza de oro o platino comprimido junto con su muestra de interés.

"Este es un gran paso adelante porque con una mejor determinación de la presión en los experimentos, Podremos probar realmente predicciones teóricas y comparar simulaciones cuánticas realizadas con las computadoras más poderosas del mundo. ", Dijo Fratanduono." Esto proporcionará una base sólida para futuros descubrimientos utilizando la compresión estática y dinámica a medida que continuamos probando nuestra comprensión de la teoría cuántica de la materia condensada, un área de investigación activa en la conjunción de la física de la materia condensada, ciencia de materiales y química cuántica. Debido a que nuestro trabajo permitirá mediciones más precisas de las propiedades de los componentes planetarios a las presiones de TPa relevantes, también esperamos atraer el interés de los geofísicos, científicos planetarios y astrónomos ".