Combinando lasers poderosos e raios-X brilhantes, Pesquisadores do Imperial e do STFC demonstraram uma técnica que permitirá novos experimentos extremos.

A nova técnica seria capaz de usar um único flash de raios-X para capturar informações sobre matéria extremamente densa e quente, como os que podem ser encontrados dentro de planetas gigantes gasosos ou nas crostas de estrelas mortas.

As mesmas condições também são encontradas em experimentos de fusão, que estão tentando criar uma nova fonte de energia que imita o sol.

A tecnica, relatado esta semana em Cartas de revisão física , foi desenvolvido por uma equipe liderada por cientistas do Imperial College London trabalhando com colegas, incluindo os do Central Laser Facility do Reino Unido no Laboratório Rutherford Appleton do Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia (STFC), e foi financiado pelo Conselho Europeu de Pesquisa.

Os pesquisadores queriam melhorar as formas de estudar 'matéria densa quente' - matéria que tem a mesma densidade de um sólido, mas é aquecido até 10, 000? C. Os pesquisadores podem criar matéria densa quente no laboratório, recriando as condições nos corações dos planetas ou cruciais para o poder de fusão, mas é difícil estudar.

Acelerando descobertas

A equipe usou o Gemini Laser, que tem dois feixes - um que pode criar as condições para matéria densa quente, e um que pode criar raios-X ultracurtos e brilhantes para sondar as condições dentro da matéria densa quente.

As tentativas anteriores de usar lasers de baixa potência exigiram flashes de raios-X de 50-100 para obter as mesmas informações que a nova técnica pode obter em apenas um flash. Os flashes duram apenas femtossegundos (quatrilionésimos de segundo), o que significa que a nova técnica pode revelar o que está acontecendo dentro da matéria densa quente em escalas de tempo muito curtas.

Primeiro autor, Dr. Brendan Kettle, do Departamento de Física do Imperial, disse:"Agora seremos capazes de sondar a matéria densa quente com muito mais eficiência e em uma resolução sem precedentes, que poderia acelerar descobertas em experimentos de fusão e astrofísica, como a estrutura interna e a evolução dos planetas, incluindo a própria Terra. "

A técnica também pode ser usada para sondar as condições de mudança rápida dentro de novos tipos de baterias e dispositivos de armazenamento de memória.

Respondendo a perguntas importantes

No novo estudo, a equipe usou sua técnica para examinar uma amostra aquecida de titânio, mostrando com sucesso que poderia medir a distribuição de elétrons e íons.

Pesquisador principal, Dr. Stuart Mangles, do Departamento de Física do Imperial, disse:"Estamos planejando usar a técnica para responder a perguntas-chave sobre como os elétrons e íons nesta matéria densa quente 'conversam' entre si, e com que rapidez a energia pode ser transferida dos elétrons para os íons. "

O Gemini Laser da Central Laser Facility é atualmente um dos poucos lugares onde as condições certas para a técnica podem ser criadas, mas à medida que novas instalações começam a operar em todo o mundo, a equipe espera que a técnica possa ser expandida e usada para fazer uma nova classe de experimentos.

Dr. Rajeev Pattathil, Líder do Grupo Gemini na Central Laser Facility, disse:"Com flashes de raios-X ultracurtos, podemos obter um foco de congelamento em processos transitórios ou dinâmicos em materiais, revelando novas informações fundamentais sobre os materiais aqui e no Universo mais amplo, e especialmente aqueles em estados extremos. "