Como dois super-heróis finalmente unindo forças, A máquina Z da Sandia National Laboratories - geradora dos pulsos elétricos mais poderosos do mundo - e a National Ignition Facility do Lawrence Livermore National Laboratory - a fonte de laser mais energética do planeta - em uma série de 10 experimentos detalhou as respostas de ouro e platina em pressões tão extremas que suas estruturas atômicas momentaneamente distorcidas como imagens em um espelho de casa de diversões.

Mudanças similares de alta pressão induzidas em outros ambientes produziram estranhezas como o hidrogênio aparecendo como um fluido metálico, hélio na forma de chuva e sódio um metal transparente. Mas até agora não houve maneira de calibrar com precisão essas pressões e respostas, o primeiro passo para controlá-los.

Disse o gerente do Sandia, Chris Seagle, autor de artigo técnico publicado recentemente pela revista Ciência , "Nossos experimentos são projetados para medir essas distorções em ouro e platina em função do tempo. A compressão nos dá uma medida de pressão versus densidade."

Após experimentos nas duas grandes máquinas, pesquisadores desenvolveram tabelas de respostas de ouro e platina a pressões extremas. "Isso fornecerá um padrão para ajudar os futuros pesquisadores a calibrar as respostas de outros metais sob tensões semelhantes, "disse Jean-Paul Davis, outro autor de artigo e cientista-chefe de Sandia no esforço de categorizar dados extremos de forma confiável.

Dados gerados por experimentos nessas pressões - cerca de 1,2 terapascals (um terapascal equivale a 1 trilhão de pascals), uma quantidade de pressão relevante para explosões nucleares - pode ajudar a compreender a composição dos exoplanetas, os efeitos e resultados dos impactos planetários, e como a lua se formou.

A unidade técnica chamada pascal é tão pequena que costuma ser vista em seus múltiplos de milhares, milhões, bilhões ou trilhões. Pode ser mais fácil visualizar a escala desses efeitos em termos de unidades de pressão atmosférica. O centro da Terra tem aproximadamente 3,6 milhões de vezes a pressão atmosférica ao nível do mar, ou 3,6 milhões de atmosferas. Os dados de Z alcançaram 4 milhões de atmosferas, ou quatro milhões de vezes a pressão atmosférica ao nível do mar, enquanto a National Ignition Facility atingiu 12 milhões de atmosferas.

A força da bigorna de diamante

Notavelmente, tais pressões podem ser geradas em laboratório por um dispositivo de compressão simples denominado bigorna de diamante.

Contudo, "Não temos padrões para essas faixas de pressão extrema, "disse Davis." Enquanto os investigadores veem eventos interessantes, eles têm dificuldade em compará-los uns com os outros porque o que um pesquisador apresenta em 1,1 terapascals é apenas 0,9 na escala de outro pesquisador. "

O que é necessário é uma ferramenta de calibração subjacente, como a tabela numérica que esses experimentos ajudaram a criar, ele disse, de modo que os cientistas estão falando sobre os resultados alcançados nas mesmas quantidades documentadas de pressão.

"Os experimentos Z-NIF fornecerão isso, "Davis disse.

Os experimentos gerais, sob a direção do pesquisador Lawrence Livermore D. E. Fratanduono, confiava na precisão da máquina Z para verificar o poder do NIF.

Precisão de Z, Poder do NIF

A força de Z é criada por seu poderoso campo magnético sem choque, gerado por centenas de nanossegundos por seu pulso de 20 milhões de amperes. Para comparação, uma lâmpada de 120 watts usa um ampere.

A precisão deste método reorientou as pressões mais altas alcançadas usando métodos NIF.

As pressões do NIF excederam as do núcleo do planeta Saturno, que é 850 gigapascals. Mas seus experimentos de compressão a laser às vezes exigiam um pequeno choque no início da onda de compressão, elevando a temperatura do material, o que pode distorcer as medidas destinadas a estabelecer um padrão.

"O ponto de compressão sem choque é manter a temperatura relativamente baixa para os materiais em estudo, "disse Seagle." Basicamente, o material aquece ao comprimir, mas deve permanecer relativamente frio - centenas de graus - mesmo sob pressões terapascal. O aquecimento inicial é um começo problemático. "

Outra razão que Z, que contribuiu com metade do número de "tiros, "ou disparos, e cerca de um terço dos dados, foi considerado o padrão para resultados de até 400 gigapascais porque o tamanho da amostra de Z era cerca de 10 vezes maior:600 para 1, 600 mícrons de espessura em comparação com 60 a 90 mícrons no NIF. Um mícron é um milésimo de milímetro.

Amostras maiores, pulsos mais lentos equivalem a medições mais fáceis

"Porque eram maiores, As amostras de Z eram menos sensíveis à microestrutura do material do que os NIFs, "disse Davis." Amostras maiores e pulsos mais lentos são simplesmente mais fáceis de medir com alta precisão relativa. Combinar as duas instalações realmente restringiu os padrões. "

A combinação de dados Z e NIF significa que quanto maior a precisão, mas os dados Z de baixa intensidade podem ser usados ​​para definir a resposta de pressão de baixa a média, e com ajustes matemáticos, reduzir o erro nos dados NIF de alta pressão.

"O objetivo deste estudo era produzir modelos de pressão altamente precisos para aproximadamente um terapascal. Fizemos isso, então esta combinação de instalações tem sido vantajosa, "disse Seagle.