7月19日發表題為《世界最強激光轟擊鉆石以模擬行星內核》的報道稱,研究人員利用世界最強激光轟擊一片鉆石,以了解這種已知最堅硬的物質在極端高壓下將如何表現。這項實驗還可能提供有關巨大行星內核的新線索。這些行星的內核中存在極高的壓強。
據報道,這項實驗在位于美國加州的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室進行。研究人員在物理學家雷蒙德·史密斯領導下,利用一束激光以約5萬億帕斯卡(約為5000萬個標準大氣壓)的壓強轟擊一個鉆石薄片。這種壓強與巨行星(例如,木星或其它表面多巖石的“超級地球”)內核附近的壓強相同。
報道稱,整個實驗僅用時250億分之一秒。研究人員用176束激光轟擊一個黃金制成的小型圓柱體(稱作“黑體輻射空腔”),該圓柱體上鑲嵌著一個極小的鉆石薄片。當激光束轟擊圓柱體時,能量轉換為X光。在圓柱體汽化的過程中,鉆石薄片就暴露在相當于幾千萬個地球大氣壓的極端高壓下。
研究人員通過理論計算預測,這種高壓可能改變鉆石的晶體結構。檢驗這種預測是否正確的一種方法是,測量聲波在鉆石中的速度。如果聲波的速度在壓強升高時突然發生變化,那么鉆石的晶體結構就發生了改變。
但這種情況并未發生,聲波的速度隨壓力升高而平穩變化。鉆石密度的變化速度也與此前的理論模型不符。在高壓下,物質的密度通常會升高,鉆石也不例外。但鉆石密度的變化速度卻令研究人員感到意外。
報道稱,這項實驗是一次突破,因為研究人員沒有采取階梯式加壓的方式(例如,以重量不斷增加的錘子擊打鉆石),而是平穩地增加壓強。這樣,在轟擊鉆石的過程中,鉆石暴露在極端高壓下,而鉆石本身又不至于過熱而熔化(鉆石在足夠高的溫度下可以熔化)。
英國劍橋大學天體物理學教授尼庫·馬杜蘇丹說,因為鉆石由碳組成,了解這種物質在高壓下的表現,對于研究其他行星至關重要。
馬杜蘇丹說,他們報告的壓力狀態與巨行星、超級地球和更大的行星內核的壓力相似。這項發現有助于了解可能蘊藏豐富碳的超級地球(例如,“鉆石星球”55 Cancri e)的內部結構。
馬杜蘇丹說,此前,科學家只是用理論模型預測了碳在這種高壓下的表現。而現在,史密斯領導的研究小組提供了切實的實驗數據。
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