أعطى إطلاق نبضات ليزر قوية على قطع من البلاستيك رؤى جديدة حول كيفية تشكل الماس وتساقطه على الكواكب الجليدية العملاقة مثل نبتون وأورانوس. يمكن أن تؤدي التجربة التي أجراها باحثون في ألمانيا وفرنسا والولايات المتحدة أيضًا إلى عملية صناعية أفضل لصنع الماس هنا على الأرض.
عضو فريق دومينيك كراوس في جامعة روستوك يوضح أن المجموعة استخدمت ليزرًا ضوئيًا نابضًا نشطًا لدفع موجة ضغط الصدمة إلى فيلم من البلاستيك PET. كان ضغط الموجة حوالي مليون ضعف الضغط الجوي للأرض ، والذي يحاكي الظروف على بعد بضعة آلاف من الكيلومترات تحت سطح عمالقة الجليد مثل نبتون وأورانوس. تنتقل موجة الصدمة لبضع ثوانٍ من النانو ثانية ، لكن هذا كان وقتًا كافيًا للفريق لاستخدام نبضات الفمتوثانية من ليزر الإلكترون الخالي من الأشعة السينية لعمل "أفلام" للعمليات الكيميائية داخل العينات المضغوطة بالصدمات.
يقول كراوس: "لقد استخدمنا طريقتين تشخيصيتين رئيسيتين". "حيود الأشعة السينية ، الذي أظهر لنا أن الهياكل البلورية الماسية تتشكل ، وتشتت الأشعة السينية بزاوية صغيرة ، مما وفر فى الموقع توزيع حجم الماس الذي تم إنشاؤه ". ويضيف أن الجمع بين هاتين التقنيتين في تجربة واحدة هو وسيلة قوية للغاية لوصف التفاعلات الكيميائية في ظل هذه الظروف القاسية.
عمالقة الجليد والزجاجات البلاستيكية
PET هي نفس المادة المستخدمة في الزجاجات البلاستيكية ، ولكن في هذه الحالة تم استخدام فيلم PET بسيط بدلاً من المادة السميكة الموجودة في الزجاجات.
يقول كراوس: "استخدمنا بلاستيك البولي إيثيلين تيرفثالات لأنه يشتمل على مزيج من العناصر الخفيفة التي يعتقد أنها المكونات الرئيسية للكواكب الجليدية العملاقة: الهيدروجين والكربون والأكسجين". "في الوقت نفسه ، PET عبارة عن مزيج متكافئ من الكربون والماء. أردنا معالجة مسألة ما إذا كان يمكن أن يحدث ترسيب الماس من خلال إزالة مزيج الكربون والهيدروجين في وجود الأكسجين. "
بالإضافة إلى توفير رؤى مهمة حول العمليات الكيميائية التي تحدث على هذه الكواكب البعيدة ، يوفر البحث أيضًا أدلة حول كيفية قيام عمالقة الجليد بتشكيل مجالات مغناطيسية. يتكون المجال المغناطيسي للأرض من حركة الحديد السائل في اللب الخارجي لكوكبنا. يمتلك أورانوس ونبتون مجالات مغناطيسية مختلفة جدًا ، يعتقد بعض علماء الكواكب أنها تتولد بالقرب من أسطح الكواكب بواسطة المياه فائقة الأيونية. في هذا الشكل من الماء ، تشكل ذرات الأكسجين شبكة بلورية يمكن أن تتدفق من خلالها أيونات الهيدروجين مثل السوائل ، وبالتالي تولد مجالات مغناطيسية.
يقول كراوس: "لم نر دليلًا مباشرًا على تكوين الماء الفائق التأين في هذه التجارب لأن الضغط ربما كان منخفضًا للغاية". "ومع ذلك ، فإن الخلط الملحوظ للكربون والماء يشير بالتأكيد إلى تكوين الماء الفائق الأيونية في كواكب مثل أورانوس ونبتون."
الماس الصناعي
يمكن أن يكون للبحث أيضًا آثار مهمة على الإنتاج الصناعي للماس.
يقول Kraus: "في تجربتنا ، وصل الماس إلى أحجام تتراوح من 2 إلى 5 نانومتر". "هذا مجرد عدد قليل من 100 إلى بضع 1000 ذرة كربون. هذا أصغر بأكثر من 10,000 مرة من سماكة شعرة الإنسان. وتجدر الإشارة إلى أن الماس في تجاربنا لا يملك سوى نانو ثانية لينمو. هذا هو السبب في أنها صغيرة جدًا. في الكواكب ، سوف تنمو بالطبع أكبر بكثير في غضون ملايين السنين. "
يمكن أن تفسر مراحل الجليد الفائقة التأين المجالات المغناطيسية غير العادية حول أورانوس ونبتون
كما هو الحال ، فإن الطريقة المستخدمة في هذه التجربة لا تنتج ما يكفي من الماس النانوي لتقترب من كونها عملية صناعية عملية. ومع ذلك ، يشير كراوس إلى أن التقنية الجديدة أنظف بكثير من الطريقة الحالية لاستخدام المتفجرات لإنتاج الألماس النانوي الصناعي. هذه العمليات المتفجرة يصعب السيطرة عليها وقذرة بالمقارنة مع ضغط الليزر الصدمات للبلاستيك. في حين أنه من غير المحتمل أن نحفر الزجاجات من مكب النفايات لتحويلها إلى ماس على نطاق صناعي ، يعتقد كراوس أن هذه العملية يمكن أن تصبح أكثر كفاءة من الأساليب الحالية.
يقول كراوس: "في الوقت الحالي ، نصنع فقط بضعة ميكروغرامات من الألماس النانوي لكل طلقة ليزر". "لكن الزيادة الثورية في معدلات إطلاق تلك الليزرات يجب أن تسمح بإنتاج كميات عيانية."
تم وصف البحث في علم السلف.
