Физици се научиха да нагряват вещество до температурата на Слънцето, но само за 20 квадрилионни части от секундата

Ръководителят на проекта Артър Турел

Физици от лондонския Имперски колеж са разработили метод, посредством който с лазер могат да нагряват вещество до температура, превишаваща тази в ядрото на Слънцето. Засега успехът им е много краткотраен – могат да поддържат тази колосална температура само за период от 20 фемтосекунди (квадрилионна част от секундата). По новият метод обаче процесът на загряване на веществото протича 100 пъти по-бързо, отколкото с най-авангардните лазерни системи, твърдят разработчиците. Статия за изобретението си са поместили в списание Nature Communications.

Методът има практическо приложение единствено в сферата на разработването на технологиите, необходими за създаването на ядрен синтез. За да бъдат създадени работещи термоядрени реактори, трябва да се научим да пресъздаваме всички процеси, които протичат в недрата на звездите. А това на първо място означава, бързо нагряване на веществата до свръхвисоки температури. Простото “биене” с максимално силен лазерен лъч е недостатъчно, за да се постигне тази цел. Трябва да се усъвършенства самият процес на нагряване на материалите.

Нормално лазерният лъч нагрява електроните във веществото, а след това те от своя страна нагряват йоните, които са основната част. Така протичащ процес е относително продължителен. Учените се опитват да измислят начин, да нагряват директно йоните. В изследванията си те са установили, че при попадането на лазерен лъч с много висока плътност върху определени материали, възниква електростатична ударна вълна.

Само по себе си това не е ново откритие, но при предишни опити този тип вълни са успявали само да “разбутат” йоните по пътя си, без да предизвикат ударен ефект на нагряване. Екипът, воден от Артър Турел, докато извършват компютърни симулации с помощта на суперкомпютър, забелязват, че материали с много висока плътност (пластмаса и цезиев хидрид) притежават особена комбинация от йони, които се ускоряват с различни скорости. Това създава необходимото за нагряването триене. Освен това, заради плътността на материалите, ударната вълна уплътнява йоните десетократно, което още повече увеличава триенето.

“Йоните от двата типа в тези вещества играят ролята на кибретена клечка и драскало на кибрит – за да запалим клечката ни трябват и двата компонента. Сама по себе си кибритената клечка няма да се запали, защото й е необходимо триене, което възниква при удара й в драскалото на кибрита”, обяснява съавторът в изследването Марк Шерлок.

За момента новият метод е на ниво теоретични модели. Данните показват, че по този начин може да се нагрее малко количество твърдо вещество до температура от 11,6 милиона градуса по Целзий, но само за няколко фемтосекунди. Изследователите са в процес на разработване на експериментална постановка, която да докаже истинността на създадения от тях теоретичен модел.

В заключение, ръководителят на екипа Артър Турел казва: “При стълкновенията на атоми в ускорителите на частици (като Големия адронен колайдер, например), се постигат и по-високи температури, но там става дума само за единични двойки елементарни частици. Нашата технология, напротив, може да бъде реализирана с лазерно оборудване по цял свят и така да нагряваме твърдо вещество”.