Les scientifiques ont fait fondre des diamants avec un laser puissant pour prendre certaines des mesures les plus précises du point de fusion insaisissable du minéral – et ont découvert que les expériences précédentes étaient décalées de plus de 1 300 degrés Fahrenheit (700 degrés Celsius).
C’est étrange de penser au diamant, le matériau naturel le plus dur sur Terrefondant – mais il fond lorsqu’il est projeté avec des lasers extrêmement puissants dans les bonnes conditions. Comprendre comment le diamant réagit aux ondes de choc des lasers est un élément important du développement fusion nucléairele processus qui alimente les étoiles. La fusion nucléaire est également une source d’énergie potentielle pour l’avenir, c’est pourquoi les chercheurs ont déployé beaucoup d’efforts pour développer des modèles qui décrivent et prédisent le comportement du diamant.
Cependant, le diamant est bizarre. Bien que les données expérimentales et les modèles théoriques concordent assez bien la plupart du temps, il y a eu d’étranges divergences que les scientifiques n’ont pas pu expliquer. Le plus important est la différence de 2 240 F (1 244 C) – environ 20 % – entre les données expérimentales précédentes et les températures de fusion du diamant prévues par le modèle. Il y a également eu un débat sur la question de savoir si le diamant réorganise ses atomes en un autre type de carbone solide avant de se transformer en liquide à la fin du processus de fusion.
Les chercheurs ont eu du mal à expliquer ces écarts, car les conditions dans lesquelles le diamant fond sont si extrêmes qu’il est extrêmement difficile de le mesurer dans les laboratoires sur Terre. Cependant, de nouvelles expériences pourraient enfin offrir la solution que les scientifiques recherchent depuis deux décennies.
Dans une étude publiée le 13 août dans la revue Physique naturelleles scientifiques ont zappé de minuscules plaques de diamant synthétique avec un laser ultraviolet, créant des ondes de choc si puissantes qu’en traversant les échantillons, le diamant est passé de transparent à semblable à un miroir. La forte augmentation de la réflectivité est une indication que le diamant a fondu. En combinant ce changement avec des mesures de la luminosité des diamants lors de leur zappage, les chercheurs ont cartographié la température de fusion avec une grande précision.
« Nous avons pu prélever de minuscules échantillons de diamants et les compresser à des températures plus chaudes que la surface du soleil et à des pressions supérieures à celles du centre de Neptune et d’Uranus – tout en mesurant la structure atomique, la température, la densité et la réflectivité optique », co-auteur de l’étude. Marius Millotchercheur scientifique au Lawrence Livermore National Laboratory en Californie, a déclaré dans un communiqué. déclaration.
L’équipe a découvert que la température de fusion de l’échantillon de diamant était inférieure de plus de 1 300 F à ce que l’on pensait auparavant, ce qui mettait le point de fusion en conformité avec les prédictions théoriques et expliquait enfin l’écart de longue date.
L’équipe a également mesuré la structure atomique des échantillons par diffraction des rayons X et a constaté que le diamant ne passait pas à un autre type de carbone solide avant de fondre, peut-être parce que l’énergie requise pour réorganiser les atomes était trop importante, ont écrit les chercheurs.
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Cependant, ils ont également émis l’hypothèse que des chocs multiples pourraient être suffisamment puissants pour que cette transition se produise et que la manière dont les chocs sont appliqués au diamant pourrait affecter la façon dont il change de phase. Comprendre cela est important pour la recherche sur la fusion nucléaire, car certains types d’expériences impliquent que des lasers fondent et écrasent une capsule de diamant pour placer le contenu de la capsule, le deutérium et le tritium solides, sous plus de 30 pétapascals de pression et des températures supérieures à 180 millions de F (100 millions de C), les conditions requises pour qu’une réaction en chaîne de fusion se produise.
Les chercheurs ont découvert qu’entre environ 660 et 1 060 gigapascals de pression et à environ 12 140 F (6 727 C), le diamant existe sous forme de morceaux solides flottant dans le carbone liquide. À mesure que la pression augmente, davantage de diamant se transforme en carbone liquide, considéré comme un matériau très étrange. Contrairement à la plupart des formes que prend le carbone sur Terre – comme le charbon, le graphite et le diamant – le carbone liquide est métallique et conduit donc l’électricité. Il est également plus dense que le diamant. Donc, hypothétiquement, si vous mettiez du carbone liquide dans une tasse sans le vaporiser instantanément, un morceau de diamant solide pourrait y flotter comme un glaçon dans un verre d’eau.
Savoir comment le diamant se comporte dans des conditions aussi extrêmes est également important pour comprendre les planètes géantes de glace Uranus et Neptune. Sur la base des mesures prises par le vaisseau spatial Voyager 2 à la fin des années 1980 et des expériences en laboratoire sur Terre, les scientifiques pensent que c’est littéralement il pleut d’énormes morceaux de diamant à l’intérieur de ces planètes et que leurs manteaux pourraient contenir des océans de carbone liquide avec des diamants flottant comme des icebergs. Ces nouvelles recherches permettent aux scientifiques de faire de meilleures prédictions sur l’intérieur des planètes et leurs cycles du carbone.
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