دانشمندان الماس را ذوب کردند / نتیجه برخلاف انتظار بود

این آزمایش را گروهی از فیزیک‌دانان به رهبری ماریوس میلو از آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور آمریکا انجام دادند. پژوهشگران با استفاده از تأسیسات لیزری OMEGA در دانشگاه روچستر، نمونه‌های بسیار کوچک الماس را با پالس‌های قدرتمند لیزر تحت فشارهایی بین ۶۰۰ گیگاپاسکال تا ۱.۸ تراپاسکال قرار دادند. دما نیز به چند هزار کلوین رسید و در برخی شرایط از دمای سطح خورشید بیشتر شد. دانشمندان هم‌زمان سرعت موج شوک، دما، چگالی و بازتاب نور نمونه را اندازه گرفتند و با استفاده از پرتوهای ایکس، تغییرات ساختار اتمی الماس را بررسی کردند.

معمای ذوب شدن الماس

این آزمایش برای پاسخ به یک معمای قدیمی انجام شد. پژوهش‌های گذشته نشان داده بودند که الماس در فشارهای بسیار بالا ذوب می‌شود، اما با پیشرفت محاسبات کوانتومی مشخص شد دمای ذوب اندازه‌گیری‌شده با پیش‌بینی‌های نظری حدود ۲۰ درصد اختلاف دارد. حتی شبیه‌سازی‌های پیشرفته رایانه‌ای نیز نمی‌توانستند نتایج آزمایش‌های قدیمی را بازتولید کنند.

اندازه‌گیری‌های جدید این اختلاف را برطرف کرد. پژوهشگران دمای ذوب الماس را در فشار حدود ۱ تراپاسکال، نزدیک به ۷۳۰۰ کلوین به دست آوردند. عددی که با پیش‌بینی‌های نظری سازگاری بسیار بیشتری دارد. در واقع، اندازه‌گیری قدیمی بیش از ۱۰۰۰ درجه با نتیجه جدید اختلاف داشت.

اما معمای بزرگ‌تری هم وجود داشت. مدل‌های نظری پیش‌بینی می‌کردند که کربن در فشار حدود یک تراپاسکال، پیش از ذوب‌شدن، باید برای مدت کوتاهی از ساختار معمول الماس به فاز دیگری به نام BC8 تبدیل شود. برخی آزمایش‌های قبلی نیز نشانه‌هایی از چنین تغییری را نشان داده بودند.

اما پرتوهای ایکس در آزمایش جدید چنین چیزی را نشان ندادند. تا زمانی که ساختار جامد قابل مشاهده بود، اتم‌های کربن همچنان در شبکه مکعبی معمول الماس قرار داشتند. سپس ساختار بلوری از بین رفت و کربن مایع شکل گرفت.

دانشمندان احتمال می‌دهند دلیل آن، سرعت بسیار زیاد آزمایش باشد. تبدیل الماس به BC8 مستلزم شکستن و بازآرایی پیوندهای بسیار قوی کربن است. فرایندی که انرژی زیادی می‌خواهد و در مدت بسیار کوتاه آزمایش فرصت رخ‌دادن پیدا نمی‌کند. در نتیجه، الماس پیش از آنکه بتواند ساختار جدیدی بسازد، ذوب می‌شود.

شباهت عجیب الماس و یخ

در این پژوهش نتیجه عجیب دیگری نیز به دست آمد. در این فشارهای فوق‌العاده بالا، الماس جامد چگالی کمتری از کربن مایع دارد. بنابراین از نظر نظری، الماس جامد می‌تواند روی دریایی از کربن مذاب شناور شود، درست مانند یخ که روی آب شناور می‌ماند.

از آنجا که الماس در کپسول‌های سوخت آزمایش‌های همجوشی هسته‌ای با محصورسازی لختی استفاده می‌شود. شناخت دقیق‌تر رفتار کربن هنگام فشرده‌شدن می‌تواند مدل‌های رایانه‌ای این آزمایش‌ها را بهبود دهد.