Tecnologia Científica

Esmagando ouro com sutileza: experimentos de compressão sem choque estabelecem novas escalas de pressão
Usando uma nova abordagem, chamada de compressão sem choque ou compressão em rampa, a equipe determinou como o ouro e a platina se comprimem quando são comprimidos a 1 TPa com precisão extremamente alta.
Por Breanna Bishop - 06/06/2021


Usando o laser mais energanãtico do mundo e a instalação de energia pulsada mais poderosa do mundo, uma equipe de pesquisa internacional derivou novas escalas de pressão para ouro e platina em 1 terapascal. Crédito: Laborata³rio Nacional Lawrence Livermore

Para testar o modelo padrãoda física departículas, os cientistas frequentemente colidempartículas usando ananãis subterra¢neos gigantescos. De maneira semelhante, os fa­sicos de alta pressão comprimem os materiais a pressaµes cada vez maiores para testar ainda mais a teoria qua¢ntica da matéria condensada e desafiar as previsaµes feitas usando os computadores mais poderosos.

Pressaµes que excedem 1 milha£o de atmosferas são capazes de deformar dramaticamente nuvens eletra´nicas atômicas e alterar como os a¡tomos são agrupados. Isso leva a novas ligações químicas e revelou comportamentos extraordina¡rios como a chuva de hanãlio, a transformação do sãodio em um metal transparente, o surgimento de gelo superia´nico e a transformação do hidrogaªnio em um fluido meta¡lico.

Com novas técnicas avaçando constantemente na fronteira da física de alta pressão , pressaµes terapascal (TPa) que antes eram inacessa­veis podem agora ser alcana§adas em laboratório usando compressão esta¡tica ou dina¢mica (1 TPa éequivalente a aproximadamente 10 milhões de atmosferas).

No entanto, a determinação precisa e precisa da pressão adiciona outronívelde complexidade aos experimentos sob condições extremas. Muitas dessas técnicas dependem de um padrãode pressão calibrado. Atéagora, a maioria dos experimentos dependia de extrapolações de medições de calibração de baixa pressão ou modelos teóricos para determinar a pressão em tais condições extremas.

Cientistas do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Sandia National Laboratories e da University of Hyogo mudaram isso realizando experimentos no laser mais energanãtico do mundo - a National Ignition Facility (NIF) do LLNL em Livermore, Califórnia - e o mais poderoso pulsado do mundo usina de energia - Z Machine de Sandia em Albuquerque, Novo Manãxico.

Usando uma nova abordagem, chamada de compressão sem choque ou compressão em rampa, a equipe determinou como o ouro e a platina se comprimem quando são comprimidos a 1 TPa com precisão extremamente alta. Em seguida, eles usaram seus dados para derivar novas escalas de pressão para 1 TPa. A pesquisa foi publicada hoje na Science e apresentada em uma seção especial "Perspectivas".

"O NIF e a ma¡quina Z são instalações únicas. Na³s realmente aumentamos sua capacidade de realizar a medição mais precisa possí­vel", disse Dayne Fratanduono, fa­sico do LLNL e principal autor da publicação. "Para fazer compressão sem choque, usamos vários feixes de laser ou a fonte de energia pulsada para espremer gradualmente nossa amostra. Mas a chave écontrolar com muito cuidado a taxa na qual aumentamos a pressão na amostra, para evitar a formação de uma onda de choque isso arruinaria o experimento. E vocêdeve ter em mente que todo o experimento dura muito menos do que um milionanãsimo de segundo. "
 
"O truque éque a maioria dos materiais se torna mais ra­gida a  medida que são comprimidos, então tudo o que temos que fazer éadivinhar quanto e, em seguida, encontrar uma ma¡quina que fornecera¡ não apenas energia suficiente, mas também controle suficiente para realizar o experimento", acrescentou Marius Millot, fa­sico e coautor do LLNL.

De acordo com Fratanduono, várias outras áreas foram fundamentais para atingir o altonívelde precisão dos experimentos: umnívelincra­vel de precisão na usinagem de passos de tamanho ma­cron nos alvos; a medição dessas etapas; e medições de velocimetria ultrarrápidas que permitiram a  equipe de pesquisa determinar como a amostra écomprimida.

"Este érealmente o culminar de várias décadas de desenvolvimento tecnola³gico", disse Fratanduono. "Demorou vários anos de desenvolvimento para atingir essenívelde maturidade nos experimentos e combinar as vantagens individuais de NIF e Z, as duas melhores instalações de alta densidade de energia, também foi a chave para restringir realmente fortemente a resposta material de ouro e platina . "

A equipe prevaª que essas novas escalas de pressão permitira£o que colegas cientistas ao redor do mundo determinem facilmente, mas com precisão, a pressão em seus experimentos, simplesmente medindo a densidade de um pedaço de ouro ou platina comprimido junto com sua amostra de interesse.

"Este éum grande passo a  frente porque com uma determinação de pressão muito melhor nos experimentos, seremos capazes de realmente testar previsaµes tea³ricas e benchmarks de simulações qua¢nticas feitas com os computadores mais poderosos do mundo", disse Fratanduono. "Isso fornecera¡ uma base sãolida para futuras descobertas usando compressão esta¡tica e dina¢mica, a  medida que continuamos a testar nossa compreensão da teoria qua¢ntica da matéria condensada, uma área de pesquisa ativa na conjunção da física da matéria condensada, ciência dos materiais e química qua¢ntica. Como nosso trabalho permitira¡ medições mais precisas das propriedades dos constituintes planetarios nas pressaµes TPa relevantes, também esperamos atrair o interesse de geofa­sicos, cientistas planetarios e astra´nomos. "

 

.
.

Leia mais a seguir