لیزر کوچک دما و فشار عظیمی را در شبیه‌سازی کیهانی ایجاد می‌کند
یک تیم تحقیقاتی از موسسه Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)، با همکاری دانشمندان از European XFEL، به موفقیت در بازسازی و مشاهده شرایط شدید داخل ستارگان با استفاده از یک لیزر بسیار کوچکتر نسبت به لیزرهای قبلی رسیده‌اند.
مربع این پیشرفت یک سیم مسی نازک‌تر از موی انسان است که نقش مهمی در این فناوری جدید ایفا می‌کند.
دکتر آلخاندرو لاسو گارسیا، نویسنده اصلی مقاله توضیح می‌دهد: «این ترکیب از لیزر پالس کوتاه و لیزر اشعه ایکس در جهان منحصر به فرد است. فقط به لطف کیفیت بالا و حساسیت پرتو ایکس بود که ما توانستیم یک اثر غیرمنتظره را مشاهده کنیم.»
افزایش چگالی مس با لیزر
در یک سری اندازه‌گیری دقیق، دانشمندان زمان‌بندی بین پالس لیزر و اشعه ایکس عبور کننده از هدف را تغییر دادند. این به آنها اجازه داد تا یک فیلم اشعه ایکس دقیق از فرآیند ایجاد کنند.
دکتر توما تونسیان، رئیس بخش HIBEF توضیح می‌دهد: «ابتدا، پالس لیزر با سیم تعامل کرده و یک موج شوکی محلی تولید می‌کند که مانند یک انفجار از طریق سیم عبور کرده و در نهایت آن را تخریب می‌کند. اما قبل از آن، برخی از الکترون‌های پرانرژی که هنگام برخورد لیزر تولید می‌شوند، در طول سطح سیم سیر می‌کنند.
ضربه لیزر، الکترون‌های سریعی را تولید کرد که سطح سیم مسی را به سرعت گرم کرده و امواج شوکی تولید کردند. این امواج شوک به سمت مرکز سیم همگرا شدند و به طور موقت فشار و دماهای بسیار بالایی را ایجاد کردند.
توماس کوان، مدیر موسسه فیزیک اشعه HZDR و ابتکار دهنده کنسرسیوم HIBEF می‌گوید: «شبیه‌سازی‌های کامپیوتری ما حاکی از آن است که ما به فشاری برابر با 800 مگابار رسیده‌ایم. این معادل 800 میلیون برابر فشار جوی و 200 برابر فشاری است که در داخل زمین وجود دارد.»
اندازه‌گیری‌ها نشان داد که چگالی مس در مرکز به طور موقت به هشت یا نه برابر حالت عادی و سرد آن افزایش یافته است. علاوه بر این، دما به طور باور نکردنی به 180032 درجه فارنهایت (100000 درجه سانتیگراد) افزایش یافت - مشابه شرایط یافت شده در تاج یک ستاره کوتوله سفید.
فراتر از اخترفیزیک
تکنیک اندازه‌گیری جدید توسعه یافته توسط تیم، نه تنها برای اخترفیزیک بلکه برای پیشرفت سایر حوزه‌های تحقیقاتی نیز امیدبخش است. اولف زاستراو، رئیس گروه HED در European XFEL، توضیح می‌دهد: «آزمایش ما به طور چشمگیری نشان می‌دهد که چگونه می‌توانیم چگالی و دماهای بسیار بالا را در انواع مختلف مواد ایجاد کنیم.»
این پیشرفت نمایانگر یک گام مهم به جلو برای تحقیق در زمینه همجوشی، جایی که تیم‌ها و استارتاپ‌های جهانی به دنبال ایجاد نیروگاه‌های همجوشی با استفاده از لیزرهای قدرت بالا هستند، می‌باشد.
این مفهوم شامل فلاش‌های شدید لیزر که کپسولی از سوخت ساخته شده از هیدروژن منجمد را از هر جهت هدف قرار می‌دهد، آن را مشتعل کرده و انرژی بیشتری نسبت به ورودی اولیه آزاد می‌کند - یک نقطه عطف اساسی برای آینده انرژی پایدار.
کوان در توصیف آزمایشات آینده می‌گوید: «با روش ما، می‌توانیم جزئیات اینکه داخل کپسول زمانی که با پالس‌های لیزر برخورد می‌کند، چه اتفاقی می‌افتد، مشاهده کنیم. ما انتظار داریم که این تکنولوژی تاثیر بزرگی روی تحقیقات اساسی در این حوزه داشته باشد.
این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.
