Combinant des lasers puissants et des rayons X lumineux, Des chercheurs de l'Impériale et du STFC ont démontré une technique qui permettra de nouvelles expériences extrêmes.

La nouvelle technique serait capable d'utiliser un seul flash à rayons X pour capturer des informations sur une matière extrêmement dense et chaude, comme on en trouve à l'intérieur des planètes géantes gazeuses ou sur les croûtes des étoiles mortes.

Les mêmes conditions se retrouvent également dans les expériences de fusion, qui tentent de créer une nouvelle source d'énergie qui imite le Soleil.

La technique, rapporté cette semaine dans Lettres d'examen physique , a été développé par une équipe dirigée par des scientifiques de l'Imperial College de Londres travaillant avec des collègues, notamment ceux de la Central Laser Facility du Royaume-Uni du Science and Technology Facilities Council (STFC) Rutherford Appleton Laboratory, et a été financé par le Conseil européen de la recherche.

Les chercheurs voulaient améliorer les moyens d'étudier la «matière dense chaude» - une matière qui a la même densité qu'un solide, mais est chauffé jusqu'à 10, 000?C. Les chercheurs peuvent créer de la matière dense et chaude en laboratoire, recréer les conditions au cœur des planètes ou cruciales pour la puissance de fusion, mais c'est difficile à étudier.

Accélérer les découvertes

L'équipe a utilisé le Gemini Laser, qui a deux faisceaux-un qui peut créer les conditions pour la matière dense chaude, et un qui peut créer des rayons X ultracourts et brillants pour sonder les conditions à l'intérieur de la matière dense chaude.

Les tentatives précédentes utilisant des lasers de faible puissance nécessitaient 50 à 100 flashs de rayons X pour obtenir les mêmes informations que la nouvelle technique peut obtenir en un seul flash. Les flashs ne durent que des femtosecondes (quadrillionièmes de seconde), ce qui signifie que la nouvelle technique peut révéler ce qui se passe dans la matière dense chaude sur des échelles de temps très courtes.

Premier auteur Dr Brendan Kettle, du Département de physique de l'Impériale, a déclaré :« Nous serons désormais en mesure de sonder la matière dense et chaude beaucoup plus efficacement et avec une résolution sans précédent, qui pourrait accélérer les découvertes dans les expériences de fusion et d'astrophysique, comme la structure interne et l'évolution des planètes, y compris la Terre elle-même."

La technique pourrait également être utilisée pour sonder les conditions en évolution rapide à l'intérieur de nouveaux types de batteries et de dispositifs de stockage de mémoire.

Répondre aux questions clés

Dans la nouvelle étude, l'équipe a utilisé sa technique pour examiner un échantillon chauffé de titane, montrant avec succès qu'il pouvait mesurer la distribution des électrons et des ions.

Chercheur principal, le Dr Stuart Mangles, du Département de physique de l'Impériale, a déclaré:"Nous prévoyons d'utiliser la technique pour répondre aux questions clés sur la façon dont les électrons et les ions de cette matière dense et chaude" se parlent ", et à quelle vitesse l'énergie peut-elle être transférée des électrons aux ions."

Le Gemini Laser de la Central Laser Facility est actuellement l'un des rares endroits où les bonnes conditions pour la technique peuvent être créées, mais alors que de nouvelles installations commencent à fonctionner dans le monde, l'équipe espère que la technique pourra être étendue et utilisée pour faire une toute nouvelle classe d'expériences.

Dr Rajeev Pattathil, Chef de groupe Gemini au Central Laser Facility, a déclaré : « Avec les flashs à rayons X ultracourts, nous pouvons obtenir un arrêt sur image sur les processus transitoires ou dynamiques dans les matériaux, révélant de nouvelles informations fondamentales clés sur les matériaux ici et dans l'Univers au sens large, et en particulier ceux dans des états extrêmes."