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.

В ходе одного из экспериментов с лазером Omega ученые открыли сверхжатое состояние гелия на поверхности контакта металла и изолятора
Расчеты показывают, что материя на Юпитере подвергается давлению около 100 Мбар (около 100 млн атмосфер)
Квадратный образец кварца, на котором помещена круглая прокладка, содержащая жидкий свержатый гелий. Эта комбинация использовалась в опытах, как мишень для лазера — и после от нее осталось только 2-миллиметровая дырочка

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