Huit échantillons d'or, quatre par panneau, avant l'assemblage des panneaux dans une cible "stripline" pour la machine Z de Sandia National Laboratories. Là, ils ont été vaporisés par les énormes pressions produites par l'impulsion de courant de 20 millions d'ampères de Z. Cette disposition permettra quatre mesures, un pour chaque paire d'échantillons dans laquelle une paire se trouve sur chaque panneau à la même position. Crédit :Léo Molina
Comme deux super-héros unissant enfin leurs forces, La machine Z de Sandia National Laboratories, génératrice des impulsions électriques les plus puissantes au monde, et la National Ignition Facility du Lawrence Livermore National Laboratory, la source laser la plus énergétique de la planète, dans une série de 10 expériences ont détaillé les réponses de l'or et du platine à des pressions si extrêmes. que leurs structures atomiques se sont momentanément déformées comme des images dans un miroir amusant.
Des changements similaires à haute pression induits dans d'autres paramètres ont produit des bizarreries comme l'hydrogène apparaissant comme un fluide métallique, l'hélium sous forme de pluie et le sodium un métal transparent. Mais jusqu'à présent, il n'y avait aucun moyen de calibrer avec précision ces pressions et réponses, la première étape pour les contrôler.
Dit le manager de Sandia Chris Seagle, auteur d'un article technique récemment publié par la revue Science , "Nos expériences sont conçues pour mesurer ces distorsions dans l'or et le platine en fonction du temps. La compression nous donne une mesure de la pression en fonction de la densité."
Suite à des expérimentations sur les deux grosses machines, les chercheurs ont développé des tables de réponses de l'or et du platine à une pression extrême. « Ceux-ci fourniront une norme pour aider les futurs chercheurs à calibrer les réponses d'autres métaux sous un stress similaire, " a déclaré Jean-Paul Davis, un autre auteur de l'article et scientifique principal de Sandia dans l'effort de catégoriser de manière fiable les données extrêmes.
Données générées par des expériences à ces pressions :environ 1,2 téapascals (un téapascal équivaut à 1 000 milliards de pascals), une quantité de pression pertinente pour les explosions nucléaires - peut aider à comprendre la composition des exoplanètes, les effets et les résultats des impacts planétaires, et comment la lune s'est formée.
L'unité technique appelée pascal est si petite qu'elle est souvent vue dans ses multiples de milliers, des millions, milliards ou trillions. Il peut être plus facile de visualiser l'ampleur de ces effets en termes d'unités de pression atmosphérique. Le centre de la Terre est environ 3,6 millions de fois la pression atmosphérique au niveau de la mer, soit 3,6 millions d'atmosphères. Les données de Z ont atteint 4 millions d'atmosphères, ou quatre millions de fois la pression atmosphérique au niveau de la mer, tandis que le National Ignition Facility a atteint 12 millions d'atmosphères.
La force de l'enclume en diamant
Remarquablement, de telles pressions peuvent être générées en laboratoire par un simple dispositif de compression appelé enclume en diamant.
Cependant, "Nous n'avons pas de normes pour ces plages de pression extrêmes, " a déclaré Davis. " Alors que les enquêteurs voient des événements intéressants, ils sont gênés de les comparer les uns aux autres car ce qu'un chercheur présente à 1,1 téapascal n'est que de 0,9 sur l'échelle d'un autre chercheur. »
Ce qu'il faut, c'est un outil d'étalonnage sous-jacent, comme le tableau numérique que ces expériences ont contribué à créer, il a dit, de sorte que les scientifiques parlent de résultats obtenus avec les mêmes niveaux de pression documentés.
"Les expériences Z-NIF fourniront ceci, ", a déclaré Davis.
Les expérimentations globales, sous la direction du chercheur Lawrence Livermore D. E. Fratanduono, s'est appuyé sur la précision de la machine Z pour vérifier la puissance de NIF.
L'ensemble cible complet à l'intérieur de la machine Z de Sandia National Laboratories pour les expériences sur les matériaux à haute pression coordonnées avec les chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory. Les échantillons sont recouverts de sondes. Crédit :Léo Molina
la précision de Z, Le pouvoir du NIF
La force de Z est créée par son puissant champ magnétique sans choc, généré pendant des centaines de nanosecondes par son impulsion de 20 millions d'ampères. En comparaison, une ampoule de 120 watts utilise un ampère.
La précision de cette méthode a recentré les pressions plus élevées obtenues à l'aide des méthodes NIF.
Les pressions du NIF ont dépassé celles du cœur de la planète Saturne, soit 850 gigapascals. Mais ses expériences de compression laser nécessitaient parfois un petit choc au début de l'onde de compression, élever la température du matériau, ce qui peut fausser les mesures destinées à établir une norme.
"L'intérêt de la compression sans choc est de maintenir la température relativement basse pour les matériaux étudiés, " a déclaré Seagle. " Fondamentalement, le matériau chauffe lorsqu'il se comprime, mais il devrait rester relativement frais - des centaines de degrés - même à des pressions téapascales. Le chauffage initial est un début difficile."
Une autre raison pour laquelle Z, qui a contribué la moitié du nombre de "coups, " ou des tirs, et environ un tiers des données, a été considérée comme la norme pour les résultats jusqu'à 400 gigapascals parce que la taille de l'échantillon de Z était environ 10 fois plus grande :600 à 1, 600 microns d'épaisseur contre 60 à 90 microns sur NIF. Un micron est un millième de millimètre.
Échantillons plus gros, des impulsions plus lentes égalent des mesures plus faciles
"Parce qu'ils étaient plus gros, Les échantillons de Z étaient moins sensibles à la microstructure du matériau que ceux de NIF, " a déclaré Davis. " Des échantillons plus gros et des impulsions plus lentes sont simplement plus faciles à mesurer avec une précision relative élevée. La combinaison des deux installations a vraiment restreint les normes. »
La combinaison des données Z et NIF signifiait que la plus haute précision, mais les données Z de faible intensité pourraient être utilisées pour cerner la réponse de pression faible à moyenne, et avec des ajustements mathématiques, réduire l'erreur sur les données NIF à haute pression.
"Le but de cette étude était de produire des modèles de pression très précis à environ un téapascal. Nous l'avons fait, donc cette combinaison d'installations a été avantageuse, " dit Seagle.
