Планета на кончике лазера: Высокие энергии

Сжатый под высоким давлением гелий является основным компонентом планет, относящихся к классу газовых гигантов, в том числе Юпитера и Сатурна. Это его состояние – промежуточное между конденсированным веществом и высокотемпературной плазмой, которое экспериментально изучать весьма и весьма непросто, слишком уж большие для этого требуются величины температуры и давления.

Однако на днях французско-американская группа ученых сообщила, что им, все-таки, удалось получить жидкий гелий при давлении выше 1 ГПа — то есть, порядка миллиона атмосфер, что не так уж отличается от давления, которое испытывает вещество в глубоких недрах газовых гигантов. Теоретические расчеты показывают, что в этих условиях гелий приобретает совершенно необычные свойства, включая сверхпроводимость (проводимость без сопротивления), сверхтекучесть (течение без трения) и способность образовывать кристаллы Вигнера (упорядоченное распределение электронов в однородном положительном поле).

«Состояние материи в центре гигантской планеты трудно наблюдать и почти так же сложно воспроизвести, — поясняет один из исследователей Гилберт Коллинз (Gilbert Collins). — Открытие уравнения состояния гелия при таком давлении — первый шаг к углублению наших представлений о строении этих массивных объектов». А чтобы получить эти условия в лаборатории, ученым пришлось использовать сжатый гелий и «обработать» его мощным лазером Omega, который способен концентрировать на мишени энергию до 40 тыс. Дж.

Мишенью в данном случае послужил образец гелия, сжатого высоким давлением и помещенного на крохотную «наковаленку». Этот образец помещали на кусочек кварца, который позволил определять скорость созданной лазером ударной волны. «Приложив эту энергию к сжатому образцу, — говорит Коллинз, — мы воссоздали состояние вещества в недрах солнечных и экстрасолнечных гигантских планет».

На основе данных этого эксперимента ученым удалось вычислить уравнение состояния гелия в этих суровых условиях (напомним, давление — 100 ГПа!), то есть показать связь между макроскопическими термодинамическими показателями полученной системы. Было показано, что при таком давлении гелий переходит в проводящее состояние.

Ученые намерены продолжить «мучить» образцы гелия, для чего воспользуются еще более мощным — 1,8 мегаджоулевым лазером из лаборатории INF. Впрочем, и этому силачу далеко до самого мощного в мире лазера, о котором мы рассказывали в заметке «Силы света».

По информации redOrbit