Ученые создали условия, подобные звездным, внутри тонкой проволоки! Как это возможно?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Рассуждения | Наука и космос

Понимание процессов, происходящих в глубинах космоса — задача, стоящая перед наукой на протяжении многих веков. Недра планет-гигантов, взрывы сверхновых, мощнейшие струи вещества, выбрасываемые черными дырами, — все эти явления связаны с экстремальными условиями, недоступными для прямого наблюдения. Давления и температуры, царящие в этих космических объектах, настолько велики, что воссоздать их в обычных лабораториях крайне сложно. Однако ученые, используя передовые технологии, нашли способ приблизиться к пониманию этих экзотических условий, воспроизводя их на Земле с помощью мощных лазеров.

Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

В недавнем исследовании, опубликованном в престижном научном журнале Nature Communications, международная группа ученых представила миру новый метод создания экстремальных состояний вещества. В его основе лежит воздействие мощного фемтосекундного лазера на тонкие металлические проволоки. Лазерный импульс, сфокусированный на поверхности проволоки, запускает каскад процессов, приводящих к возникновению сходящейся цилиндрической ударной волны. Эта волна, распространяясь к центру проволоки, сжимает вещество до давлений, сравнимых с теми, что существуют в недрах планет-гигантов, например, Юпитера.

Уникальность этого метода заключается в геометрии сжатия. В отличие от большинства экспериментов по ударному сжатию, где волна воздействует на вещество с одной стороны, в данном случае сжатие происходит радиально, со всех сторон одновременно. Такой подход позволяет достичь значительно более высоких значений давления и плотности вещества, открывая новые горизонты для исследования экстремальных состояний материи.

a Экспериментальная установка конфигурации PCI, используемая для получения изображения сжатой проволоки. Вся установка до последних 50 см перед детектором находится в условиях вакуума, что минимизирует рассеяние в воздухе. Система щелей (не показана) используется для ограничения рентгеновского освещения полем зрения в позиции образца до 250 x 250 мкм и минимизации бахромчатого рассеяния CRLs (диаметр 300 мкм). b Рентгеновские данные PCI, измеренные при задержках от 100 до 1000 пс после облучения проволоки из меди диаметром 25 мкм лазерным импульсом 3 Дж, 30 фс. Цветовая шкала показывает изменение пропускания по сравнению с распространением свободного пучка. c Увеличение выделенной красным области (b) для улучшения видимости сходящейся ударной волны.
Автор: Laso Garcia, A., Yang, L., Bouffetier, V. et al. Cylindrical compression of thin wires by irradiation with a Joule-class short-pulse laser. Nat Commun15, 7896 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-52232-6 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Для изучения динамики сжатия и поведения вещества под воздействием ударной волны ученые использовали уникальный инструмент — рентгеновский лазер на свободных электронах European XFEL. Этот лазер способен генерировать ультракороткие импульсы рентгеновского излучения, которые позволяют получать «снимки» сверхбыстрых процессов, таких как распространение ударных волн в веществе.

Благодаря этой «рентгеновской съемке» исследователи смогли детально проследить за динамикой ударной волны в медной проволоке. Они измерили скорость ее движения, а также оценили степень сжатия вещества в различные моменты времени. Полученные экспериментальные данные были тщательно сопоставлены с результатами компьютерного моделирования, проведенного с помощью специализированных программных кодов. Такой комплексный подход позволил не только подтвердить работоспособность предложенного метода, но и глубже понять физические механизмы, лежащие в основе генерации и распространения ударной волны.

a Смоделированные профили PCI с использованием данных гидродинамического моделирования для начальных температур 210 и 250 эВ. b Сравнение экспериментальных и смоделированных данных 300 пс, 500 пс и 700 пс для начальной температуры 210 эВ и 250 эВ. Совпадение с экспериментально наблюдаемым сближением при 700 пс происходит для случая 250 эВ.
Автор: Laso Garcia, A., Yang, L., Bouffetier, V. et al. Cylindrical compression of thin wires by irradiation with a Joule-class short-pulse laser. Nat Commun15, 7896 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-52232-6 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Результаты этого исследования имеют огромное значение для фундаментальной науки. Они открывают новые возможности для изучения экстремальных состояний вещества, которые ранее были недоступны для прямых экспериментальных наблюдений. Ученые полагают, что данный метод может быть использован для изучения свойств веществ при давлениях и температурах, характерных для недр Юпитера, белых карликов и других астрофизических объектов. Это позволит получить ценную информацию о процессах, протекающих в глубинах космоса, и, возможно, приблизит нас к разгадке некоторых тайн Вселенной.

Еще одним преимуществом разработанного метода является высокая частота повторения лазерных импульсов, достигающая одного выстрела в минуту. Это позволяет проводить эксперименты с большой статистикой, что значительно повышает точность измерений и расширяет возможности исследования.

В будущем ученые планируют расширить область применения метода, изучая с его помощью поведение различных материалов, включая углерод и железо, которые играют ключевую роль в процессах формирования планет и звезд. Это позволит получить новые знания о физике экстремальных состояний вещества и внесет важный вклад в развитие астрофизики и планетологии.

1 комментарий

к
Так когда ждать новые аудиофильские провода из аудиофильски сжатой медной проволоки?

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

ЯАЗ-200: как американские технологии помогли создать советский грузовик-легенду?

Грузовик ЯАЗ-200, впервые выпущенный в 1947 году, стал знаковым явлением для советского автопрома. Это был не просто автомобиль, а символ индустриального подъёма страны после войны. В его...

Павлиноглазка атлас – крупнейшая бабочка мира: фото, факты и особенности вида

В мире бабочек есть свои гиганты, и павлиноглазка атлас (Attacus atlas) — яркий представитель этой удивительной группы. Эта ночная бабочка из семейства павлиноглазок поражает своими...

«Почему так дорого?»: разбираем историю таможенных пошлин и утилизационного сбора на авто в России

Как автолюбительница, я, как и вы, не раз задумывалась о том, почему цены на автомобили в нашей стране так сильно отличаются от цен за рубежом. Хочу поделиться с вами своим мнением о таможенных...

Электрический «беспредел»: почему импульсные БП «ломают» электросети, и как предотвратить последствия обрыва нуля

Представьте себе ситуацию: вы дома, наслаждаетесь любимым сериалом, и вдруг — бац — свет начинает мигать, телевизор гаснет, а холодильник издаёт странные звуки. Сначала вы...

Что такое плазмоид с точки зрения физика?

Когда речь заходит о плазмоидах, то мнения расходятся. Кто-то утверждает, что это вполне себе реальная физическая субстанция. Некоторые считают плазмоидов живыми существами и наделяют их сознанием,...

Почему ананас жжёт во рту? Всё о ферменте, который «разрушает» белки

Каждый из нас знаком с жжением во рту после того, как съел кусочек ананаса. Даже стакан воды не всегда помогает избавиться от неприятных ощущений, а иногда лёгкая боль может сохраняться весь день....