La densité d'énergie contenue au centre d'une étoile est plus élevée que ce que nous pouvons imaginer - plusieurs milliards d'atmosphères, par rapport à la 1 atmosphère de pression avec laquelle nous vivons ici à la surface de la Terre.

Ces conditions extrêmes ne peuvent être recréées en laboratoire que par des expériences de fusion avec les plus grands lasers du monde, qui sont de la taille des stades. Maintenant, des scientifiques ont mené une expérience à la Colorado State University qui offre une nouvelle voie pour créer des conditions aussi extrêmes, avec beaucoup plus petit, lasers compacts qui utilisent des impulsions laser ultra-courtes irradiant des réseaux de nanofils alignés.

Les expérimentations, dirigé par le professeur distingué de l'Université Jorge Rocca dans les départements de génie électrique et informatique et de physique, mesuré avec précision à quelle profondeur ces énergies extrêmes pénètrent les nanostructures. Ces mesures ont été réalisées en surveillant les rayons X caractéristiques émis par le réseau de nanofils, dans lequel la composition du matériau change avec la profondeur.

Les modèles numériques validés par les expériences prédisent que l'augmentation des intensités d'irradiation aux niveaux les plus élevés rendus possibles par les lasers ultrarapides d'aujourd'hui pourrait générer des pressions dépassant celles du centre de notre soleil.

Les résultats, publié le 11 janvier dans la revue Avancées scientifiques , ouvrir la voie à l'obtention de pressions sans précédent en laboratoire avec des lasers compacts. Les travaux pourraient ouvrir une nouvelle enquête sur la physique des hautes densités d'énergie; comment les atomes hautement chargés se comportent dans les plasmas denses ; et comment la lumière se propage à des pressions ultra-élevées, températures, et densités.

La création de matière dans le régime de densité d'énergie ultra-élevée pourrait éclairer l'étude de la fusion entraînée par laser - en utilisant des lasers pour conduire des réactions de fusion nucléaire contrôlées - et pour mieux comprendre les processus atomiques dans les environnements de laboratoire astrophysiques et extrêmes.

La capacité de créer de la matière à ultra-haute densité d'énergie en utilisant des installations plus petites est donc d'un grand intérêt pour rendre ces régimes de plasma extrêmes plus accessibles pour des études et des applications fondamentales. Une de ces applications est la conversion efficace de la lumière laser optique en flashs lumineux de rayons X.

Le travail était un effort multi-institutionnel dirigé par CSU qui comprenait des étudiants diplômés Clayton Bargsten, Reed Hollinger, Alex Rockwood, et premier cycle David Keiss, travaillant tous avec Rocca. Sont également impliqués les chercheurs Vyacheslav Shlyapsev, qui travaillait dans le mannequinat, et Yong Wang et Shoujun Wang, tous du même groupe.

Les co-auteurs comprenaient Maria Gabriela Capeluto de l'Université de Buenos Aires, et Richard Londres, Riccardo Tommasini et Jaebum Park du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL). Des simulations numériques ont été menées par Vural Kaymak et Alexander Pukhov de l'Université Heinrich-Heine de Düsseldorf, en utilisant les données atomiques de Michael Busquet et Marcel Klapisch de l'Artep, Inc.