Oamenii de știință au topit diamante cu un laser puternic pentru a realiza unele dintre cele mai precise măsurători ale punctului de topire evaziv al acestui mineral extrem de rezistent - și au descoperit o diferență de peste 700 de grade Celsius față de experimentele anterioare, conform unui studiu publicat pe pe 13 august în revista Nature Physics, transmite luni Live Science.

Este ciudat să ne gândim la punctul de topire al diamantului, cel mai dur material natural de pe Pământ, dar și acest material se topește atunci când este detonat cu lasere extrem de puternice în condițiile potrivite. Înțelegerea modului în care diamantul răspunde la undele de șoc de la lasere este o parte importantă a dezvoltării fuziunii nucleare, procesul care alimentează stelele. Fuziunea nucleară este, de asemenea, o sursă potențială de energie pentru viitor, așa că cercetătorii au depus mult efort în dezvoltarea de modele care descriu și prezic cum se comportă diamantul în condiții extreme.

Deși datele experimentale și modelele teoretice se potrivesc destul de bine în majoritatea cazurilor, au existat unele discrepanțe ciudate pe care oamenii de știință nu au putut să le explice. Cea mai mare este diferența de 1244°C - aproximativ 20% - între datele experimentale anterioare și temperaturile de topire ale diamantului prezise de model. Au existat, de asemenea, unele dezbateri cu privire la posibilitatea ca diamantul să își reorganizeze atomii într-un alt tip de carbon solid înainte de a se transforma într-un lichid la sfârșitul procesului de topire.

Cercetătorii s-au străduit să explice aceste discrepanțe, deoarece condițiile în care se topește diamantul sunt atât de extreme încât este extraordinar de dificil să se măsoare în laboratoarele de pe Pământ. Cu toate acestea, noi experimente ar putea oferi în sfârșit soluția pe care oamenii de știință au urmărit-o timp de două decenii.

În studiul publicat pe 13 august în revista Nature Physics, oamenii de știință au electrocutat plăci minuscule de diamant sintetic cu un laser ultraviolet, creând unde de șoc atât de puternice încât, pe măsură ce treceau prin probe, diamantul își schimba aspectul din transparent în oglindă. Creșterea puternică a reflectivității este o indicație a faptului că diamantul s-a topit. Combinând această modificare cu măsurători ale strălucirii diamantelor din timpul experimentului, cercetătorii au stabilit temperatura de topire cu mare precizie.

'Am reușit să prelevăm mostre minuscule de diamante și să le comprimăm prin electroșocuri la temperaturi mai ridicate decât suprafața Soarelui și la presiuni mai mari decât în centrul lui Neptun și Uranus - și totuși să măsurăm structura atomică, temperatura, densitatea și reflectivitatea optică', a declarat într-un comunicat co-autorul studiului, Marius Millot, cercetător științific la Laboratorul Național Lawrence Livermore din California.

Echipa a descoperit că temperatura de topire a mostrei de diamant a fost cu peste 1.300 de grade Fahrenheit (704 grade Celsius) mai mică decât se credea anterior - punând punctul de topire în concordanță cu predicțiile teoretice și explicând în sfârșit discrepanța de lungă durată.

Echipa a măsurat, de asemenea, structura atomică a mostrelor cu difracție de raze X și a observat că diamantul nu a trecut la un alt tip de carbon solid înainte de topire, posibil pentru că energia necesară pentru rearanjarea atomilor era prea mare, au scris cercetătorii.

Cu toate acestea, ei au emis și ipoteza că șocurile multiple ar putea fi suficient de puternice pentru ca această tranziție să aibă loc și că modul în care șocurile sunt aplicate diamantului ar putea afecta modul în care acesta își schimbă starea de agregare. Înțelegerea acestui aspect este importantă pentru cercetarea fuziunii nucleare, deoarece anumite tipuri de experimente implică topirea și zdrobirea unei capsule de diamant cu lasere pentru a supune conținutul capsulei, deuteriu și tritiu în stare solidă, la o presiune de peste 30 de petapascali și temperaturi mai mari de 180 de milioane de grade Fahrenheit (100 de milioane de grade Celsius), condițiile necesare pentru ca o reacție în lanț de fuziune nucleară să aibă loc.

Cercetătorii au descoperit că între aproximativ 660 și 1.060 de gigapascali și la aproximativ 6.727 grade Celsius, diamantul există sub formă de bucăți solide care plutesc în carbon lichid. Pe măsură ce presiunea crește, mai multe diamante se transformă în carbon lichid, despre care se crede că este un material foarte neobișnuit. Spre deosebire de majoritatea formelor pe care le ia carbonul pe Pământ - cum ar fi cărbunele, grafitul și diamantul - carbonul lichid este metalic, deci conduce electricitatea.

Cunoașterea modului în care se comportă diamantul în condiții atât de extreme este importantă și pentru înțelegerea planetelor gigantice de gheață Uranus și Neptun. Pe baza măsurătorilor efectuate de sonda spațială Voyager 2 la sfârșitul anilor 1980 și a experimentelor de laborator de pe Pământ, oamenii de știință cred că în interiorul acestor planete plouă cu bucăți uriașe de diamant și că mantaua lor ar putea avea oceane de carbon lichid pe care plutesc diamante ca niște aisberguri. Noua cercetare înseamnă că oamenii de știință pot face predicții mai bune despre interiorul planetelor și ciclurile lor de carbon.AGERPRES/(AS - editor: Codruț Bălu, editor online: Andreea Preda)

Sursa foto: livescience.com