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激光有助于推动高能密度物理学研究

当压力超过地球上大气压力100万倍甚至10亿倍时,原子的表现会有很大的不同。了解原子在如此高的压力条件下的反应可以导致新材料的产生,并使科学家对星星和行星的组成以及宇宙本身提供有价值的见解。

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这些都是罗切斯特大学将注意力转移到相对较新的高能密度物理学领域的原因之一。而另外一个原因就是,该大学准备为该领域作出重大贡献。

罗切斯特大学副校长兼研究部副总裁Rob Clark表示:“我们的研究人员以及我们拥有的资源使我们处于独特的地位,能在高能密度物理学领域获得重要见解。”

而罗切斯特大学激光动力学实验室是OMEGA激光器的所在地。该高达10米、长达100米的OMEGA是世界上最大的位于大学的激光器。

罗切斯特还特意聘请了Gilbert (Rip)Collins,在高能密度物理学领域带领新的多学科研究计划。Collins以前是劳伦斯利弗莫尔国家实验室高能密度物理中心主任,现在是机械工程系/物理与天文学系的教授,还担任该大学激光能学实验室的高级科学家。Collins指出,“这一研究将使化学、工程、物理和天文学之间的协作变得更加容易”,从而加快该领域的进展。

除了其他研究外,Collins还研究了原子在极端压力条件下的键合。一般情况下,原子的最外层电子与其他原子的电子发生反应。但是,当对原子施加的压力大大增加时,内部电子就会介入,这时就会发生有趣的现象。

Collins指出:“在极端的压力下,我们熟悉的元素的化学性质不再适用。针对不同的压力条件,我们需要新的元素周期表。钻石是一种在高压下形成的众所周知的材料。”将碳放置在地球100英里深的地方,其压力比地球表面的压力高出近50000倍,温度高于2000华氏度,其原子结构会变得非常有条理,我们就称之为钻石。

然而,当涉及高能密度物理学时,这种压力水平还较低。在更极端的压力下,例如200万个大气压,钠能被转化为绝缘体;在1000万个大气压下,氢能变成超导超流体;当压力超过2亿个大气压时,可以使铝变得透明。

而上述OMEGA激光器可以使研究人员实现这种压力条件。

Collins表示:“许多人都认为激光器只是一种高温热源。殊不知,激光器也可以作为高度集中的压力来源;而OMEGA激光器使我们能够研究处于数百万到数十亿个大气压条件下的材料。了解原子在极端压力下的行为将使研究人员有目的地对物质进行处理,从而形成一些新的、异乎寻常的材料。”

激光能学实验室副总裁兼总监Robert McCrory表示,Collins享有很高的国际声誉,很适合带领该大学的项目。他指出,激光实验室、劳伦斯利弗莫尔的国家点火装置等设施都开辟了新的高能密度物理前沿,并确保了美国在该领域的领导地位。

对于创造新型材料,高能密度物理学还能提供更多。激光能学实验室副主任Michael Campbell称这个领域为“持久的科学”。

他指出:“总会有新的领域要探索,包括宇宙本身的性质。行星中心的压力超过大气压的数百万倍,而星星的压力则是大气压的数十亿倍。高能密度物理学可以帮助我们了解行星和星星是如何产生的,像地球就有磁场;以及太阳和其他星星中的辐射和能量流等。”(文/Oscar译)


(来源:OFweek激光网)