A densidade de energia contida no centro de uma estrela é maior do que podemos imaginar - muitos bilhões de atmosferas, em comparação com a 1 atmosfera de pressão com a qual vivemos aqui na superfície da Terra.

Essas condições extremas só podem ser recriadas em laboratório por meio de experimentos de fusão com os maiores lasers do mundo, que são do tamanho de estádios. Agora, cientistas conduziram um experimento na Colorado State University que oferece um novo caminho para a criação de tais condições extremas, com muito menor, lasers compactos que usam pulsos de laser ultracurtos, irradiando matrizes de nanofios alinhados.

Os experimentos, liderado pelo Distinto Professor da Universidade Jorge Rocca nos Departamentos de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores e Física, medido com precisão quão profundamente essas energias extremas penetram nas nanoestruturas. Essas medições foram feitas monitorando os raios X característicos emitidos pela matriz de nanofios, em que a composição do material muda com a profundidade.

Os modelos numéricos validados pelos experimentos prevêem que o aumento das intensidades de irradiação para os níveis mais altos possíveis pelos lasers ultrarrápidos de hoje poderia gerar pressões para superar as do centro de nosso sol.

Os resultados, publicado em 11 de janeiro no jornal Avanços da Ciência , abrir um caminho para a obtenção de pressões sem precedentes no laboratório com lasers compactos. O trabalho pode abrir novas pesquisas em física de alta densidade de energia; como átomos altamente carregados se comportam em plasmas densos; e como a luz se propaga em pressões ultra-altas, temperaturas, e densidades.

A criação de matéria no regime de densidade de energia ultra-alta pode informar o estudo da fusão acionada por laser - usando lasers para conduzir reações de fusão nuclear controladas - e para uma maior compreensão dos processos atômicos em ambientes astrofísicos e de laboratório extremos.

A capacidade de criar matéria de densidade de energia ultra-alta usando instalações menores é, portanto, de grande interesse para tornar esses regimes de plasma extremos mais acessíveis para aplicações e estudos fundamentais. Uma dessas aplicações é a conversão eficiente de luz laser óptica em flashes brilhantes de raios-X.

O trabalho foi um esforço multi-institucional liderado pela CSU que incluiu os alunos de graduação Clayton Bargsten, Reed Hollinger, Alex Rockwood, e o graduando David Keiss, todos trabalhando com Rocca. Também estiveram envolvidos os cientistas pesquisadores Vyacheslav Shlyapsev, que trabalhou na modelagem, e Yong Wang e Shoujun Wang, todos do mesmo grupo.

A co-autoria incluiu Maria Gabriela Capeluto da Universidade de Buenos Aires, e Richard London, Riccardo Tommasini e Jaebum Park do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL). Simulações numéricas foram conduzidas por Vural Kaymak e Alexander Pukhov da Heinrich-Heine University em Dusseldorf, usando dados atômicos de Michael Busquet e Marcel Klapisch da Artep, Inc.