Para testar o modelo padrão da física de partículas, os cientistas costumam colidir com partículas usando anéis subterrâneos gigantescos. De maneira semelhante, físicos de alta pressão comprimem materiais a pressões cada vez maiores para testar ainda mais a teoria quântica da matéria condensada e desafiar as previsões feitas usando os computadores mais poderosos.

Pressões que excedem 1 milhão de atmosferas são capazes de deformar dramaticamente nuvens eletrônicas atômicas e alterar como os átomos são agrupados. Isso leva a uma nova ligação química e revelou comportamentos extraordinários, como chuva de hélio, a transformação do sódio em um metal transparente, o surgimento de gelo superiônico e a transformação do hidrogênio em um fluido metálico.

Com novas técnicas avançando constantemente na fronteira da física de alta pressão, pressões terapascal (TPa) que antes eram inacessíveis agora podem ser obtidas no laboratório usando compressão estática ou dinâmica (1 TPa é equivalente a aproximadamente 10 milhões de atmosferas).

Contudo, A determinação precisa e precisa da pressão adiciona outro nível de complexidade aos experimentos sob condições extremas. Muitas dessas técnicas dependem de um padrão de pressão calibrado. Até agora, a maioria dos experimentos baseou-se em extrapolações de medições de calibração de baixa pressão ou modelos teóricos para determinar a pressão em tais condições extremas.

Cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL), Sandia National Laboratories e a University of Hyogo mudaram isso realizando experimentos com o laser mais energético do mundo - National Ignition Facility (NIF) do LLNL em Livermore, Califórnia - e a instalação de energia pulsada mais poderosa do mundo - Sandia's Z Machine em Albuquerque, Novo México.

Usando uma nova abordagem, apelidado de compressão sem choque ou rampa, a equipe determinou como o ouro e a platina se comprimem quando são comprimidos a 1 TPa com precisão extremamente alta. Então, eles usaram seus dados para derivar novas escalas de pressão para 1 TPa. A pesquisa foi publicada hoje em Ciência e apresentado em uma seção especial "Perspectivas".

"O NIF e a máquina Z são instalações únicas. Nós realmente aumentamos sua capacidade de realizar a medição mais precisa possível, "disse Dayne Fratanduono, Físico do LLNL e autor principal da publicação. "Para fazer compressão sem choque, usamos vários feixes de laser ou a fonte de energia pulsada para espremer gradualmente nossa amostra. Mas a chave é controlar com muito cuidado a taxa na qual aumentamos a pressão na amostra, para evitar a formação de uma onda de choque que arruinaria o experimento. E você deve ter em mente que todo o experimento dura muito menos do que um milionésimo de segundo. "

"O truque é que a maioria dos materiais se torna mais rígida à medida que são comprimidos, então tudo o que temos que fazer é adivinhar quanto, e, em seguida, encontre uma máquina que não só fornecerá energia suficiente, mas também controle suficiente para realizar o experimento, "acrescentou Marius Millot, Físico e co-autor do LLNL.

De acordo com Fratanduono, havia várias outras áreas que foram fundamentais para atingir o alto nível de precisão dos experimentos:um nível incrível de precisão na usinagem de etapas de tamanho mícron nos alvos; a medição dessas etapas; e medições de velocimetria ultrarrápidas que permitiram à equipe de pesquisa determinar como a amostra é comprimida.

"Este é realmente o culminar de várias décadas de desenvolvimentos tecnológicos, "Fratanduono disse." Demorou vários anos de desenvolvimento para atingir esse nível de maturidade nos experimentos e combinar as vantagens individuais de NIF e Z, as duas melhores instalações de alta densidade de energia, também foi a chave para restringir fortemente a resposta material do ouro e da platina. "

A equipe antecipa que essas novas escalas de pressão permitirão que colegas cientistas ao redor do mundo facilmente, ainda precisamente, determinar a pressão em seus experimentos simplesmente medindo a densidade de uma peça de ouro ou platina comprimida junto com sua amostra de interesse.

"Este é um grande passo em frente porque com uma determinação de pressão muito melhor nos experimentos, poderemos realmente testar previsões teóricas e benchmarks de simulações quânticas feitas com os computadores mais poderosos do mundo, "Fratanduono disse." Isso fornecerá uma base sólida para futuras descobertas usando compressão estática e dinâmica, à medida que continuamos a testar nossa compreensão da teoria quântica da matéria condensada, uma área de pesquisa ativa na conjunção da física da matéria condensada, ciência dos materiais e química quântica. Porque nosso trabalho permitirá medições mais precisas das propriedades dos constituintes planetários nas pressões TPa relevantes, também esperamos atrair o interesse de geofísicos, cientistas planetários e astrônomos. "