為了測試粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型，科學(xué)家們經(jīng)常使用巨大的加速器地下環(huán)來碰撞粒子。以類似的方式，高壓物理學(xué)家將材料壓縮到更大的壓力，以進一步測試凝聚態(tài)物質(zhì)的量子理論，并挑戰(zhàn)使用最強大的計算機做出的預(yù)測。超過100萬個大氣壓的壓力能夠使原子電子云急劇變形，并改變原子的排列組合方式。

這帶來了新的化學(xué)結(jié)合，并揭示了非同尋常的行為，如氦氣雨、鈉轉(zhuǎn)化為透明金屬、超離子水冰的出現(xiàn)，以及氫轉(zhuǎn)化為金屬流體。

隨著新技術(shù)不斷推進高壓物理學(xué)的前沿，曾經(jīng)無法達到的太帕斯(TPa)壓力現(xiàn)在可以通過靜態(tài)或動態(tài)壓縮在實驗室中實現(xiàn)(1TPa相當(dāng)于大約1000萬個大氣壓)。

然而，準(zhǔn)確和精確地確定壓力為極端條件下的實驗增加了另一個層次的復(fù)雜性。許多這些技術(shù)都依賴于一個校準(zhǔn)的壓力標(biāo)準(zhǔn)。到目前為止，大多數(shù)實驗都依賴于對低壓校準(zhǔn)測量的推斷或理論模型來確定這種極端條件下的壓力。

來自勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室(LLNL)、桑迪亞國家實驗室和兵庫大學(xué)的科學(xué)家們通過在世界上能量最大的激光器 - 位于加利福尼亞州利弗莫爾的LLNL國家點火設(shè)施(NIF)和世界上最強大的脈沖功率設(shè)施 - 位于新墨西哥州阿爾伯克基的桑迪亞Z機器上進行實驗，改變了這種情況。

使用一種被稱為無沖擊或斜坡壓縮的新方法，該團隊以極高的精度確定了金和鉑在被擠壓到1TPa時有什么樣的表現(xiàn)。然后，他們利用他們的數(shù)據(jù)得出了新的壓力標(biāo)度，即1TPa。這項研究于本月4日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

"NIF和Z機器是獨特的設(shè)施，我們真正推動了他們的能力，以進行盡可能精確的測量，"LLNL物理學(xué)家和該出版物的主要作者Dayne Fratanduono說。"為了進行無沖擊壓縮，我們使用幾束激光或脈沖功率源來逐漸擠壓我們的樣品。但關(guān)鍵是要非常小心地控制增加樣品壓力的速度，以避免形成會破壞實驗的沖擊波。而且必須牢記，整個實驗持續(xù)的時間遠小于百萬分之一秒。"

"訣竅在于，大多數(shù)材料在被壓縮時都會變得更硬，所以我們要做的就是找到一臺機器，它不僅能提供足夠的動力，還能提供足夠的控制來實現(xiàn)實驗，"LLNL物理學(xué)家兼共同作者Marius Millot補充道。

據(jù)Fratanduono說，還有其他幾個方面是實現(xiàn)實驗高度精確性的關(guān)鍵：在目標(biāo)上加工微米大小的臺階時達到令人難以置信的精確程度;對這些臺階的測量;以及允許研究小組確定樣品如何被壓縮的超高速測速測量能力。

"這確實是幾十年來技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，"Fratanduono說。"經(jīng)過幾年的發(fā)展，實驗達到了這種成熟度，結(jié)合NIF和Z這兩個最好的高能量密度設(shè)施的各自優(yōu)勢，也是真正嚴格約束金和鉑的材料反應(yīng)的關(guān)鍵。"

該團隊預(yù)計，這些新的壓力標(biāo)尺將使全球的科學(xué)家同行能夠通過簡單地測量一塊與他們感興趣的樣品一起壓縮的金或鉑的密度，輕松而精確地確定他們實驗中的壓力。

Fratanduono說："這是一個巨大的進步，因為有了更好的實驗中的壓力測定，我們將能夠真正測試理論預(yù)測和用世界上最強大的計算機進行的量子模擬的基準(zhǔn)。這將為未來使用靜態(tài)和動態(tài)壓縮的發(fā)現(xiàn)提供一個堅實的基礎(chǔ)，因為我們將繼續(xù)測試我們對凝聚態(tài)物質(zhì)的量子理論的理解，這是一個在凝聚態(tài)物理學(xué)、材料科學(xué)和量子化學(xué)結(jié)合處的活躍研究領(lǐng)域。由于我們的工作將使我們能夠更精確地測量行星成分在相關(guān)TPa壓力下的特性，我們也期望吸引地球物理學(xué)家、行星科學(xué)家和天文學(xué)家的興趣。"

關(guān)鍵詞： 無沖擊壓縮實驗 新標(biāo)尺 源自 物理學(xué)