شلیک پالس های لیزری قدرتمند به قطعات پلاستیک، بینش جدیدی در مورد چگونگی شکل گیری الماس و باریدن آن بر روی سیارات غول پیکر یخی مانند نپتون و اورانوس ارائه کرده است. آزمایش محققان در آلمان، فرانسه و ایالات متحده همچنین می تواند منجر به فرآیند صنعتی بهتری برای ساخت الماس در زمین شود.
عضو تیم دومینیک کراوس در دانشگاه روستوک توضیح می‌دهد که این گروه از لیزرهای نوری پالسی پرانرژی برای هدایت یک موج فشرده‌سازی ضربه‌ای به لایه‌ای از پلاستیک PET استفاده کردند. فشار این موج حدود یک میلیون برابر فشار اتمسفر زمین بود که شرایط چند هزار کیلومتری زیر سطح غول های یخی مانند نپتون و اورانوس را شبیه سازی می کند. موج ضربه‌ای فقط چند نانوثانیه حرکت می‌کند، اما این زمان کافی بود تا تیم از پالس‌های فمتوثانیه‌ای از لیزرهای الکترون آزاد اشعه ایکس برای ساختن «فیلم‌هایی» از فرآیندهای شیمیایی درون نمونه‌های فشرده‌شده با ضربه استفاده کند.
کراوس می گوید: «ما از دو تکنیک اصلی تشخیصی استفاده کردیم. پراش اشعه ایکس که به ما نشان داد ساختارهای کریستالی الماس در حال شکل گیری هستند و پراکندگی پرتو ایکس با زاویه کوچک که در محل توزیع اندازه الماس های ایجاد شده.” او می افزاید که ترکیب این دو تکنیک در یک آزمایش واحد، روشی بسیار قدرتمند برای توصیف واکنش های شیمیایی در چنین شرایط شدید است.
غول های یخ و بطری های پلاستیکی
PET همان ماده ای است که در بطری های پلاستیکی استفاده می شود، اما در این مورد به جای مواد ضخیم تر موجود در بطری ها، از یک لایه PET ساده استفاده شده است.
کراوس می‌گوید: «ما از پلاستیک‌های PET استفاده کردیم، زیرا شامل ترکیبی از عناصر سبک است که تصور می‌شود اجزای اصلی سیارات غول‌پیکر یخی هستند: هیدروژن، کربن، اکسیژن». در عین حال، PET از نظر استوکیومتری مخلوطی از کربن و آب است. ما می خواستیم به این سؤال بپردازیم که آیا بارش الماس می تواند از طریق مخلوط کردن کربن و هیدروژن در حضور اکسیژن اتفاق بیفتد.
این تحقیق علاوه بر ارائه بینش‌های مهم در مورد فرآیندهای شیمیایی که در این سیارات دور اتفاق می‌افتد، سرنخ‌هایی درباره نحوه تشکیل میدان‌های مغناطیسی غول‌های یخی نیز ارائه می‌دهد. میدان مغناطیسی زمین در اثر حرکت آهن مایع در هسته خارجی سیاره ما ایجاد می شود. اورانوس و نپتون دارای میدان‌های مغناطیسی بسیار متفاوتی هستند که برخی از دانشمندان سیاره‌شناسی معتقدند این میدان‌های مغناطیسی بسیار نزدیک‌تر به سطح سیارات توسط آب ابریونیک ایجاد می‌شوند. در این شکل آب، اتم‌های اکسیژن یک شبکه کریستالی تشکیل می‌دهند که یون‌های هیدروژن می‌توانند مانند یک سیال از آن عبور کنند و در نتیجه میدان‌های مغناطیسی ایجاد کنند.
کراوس می‌گوید: «ما در این آزمایش‌ها شواهد مستقیمی برای تشکیل آب فوق‌یونی ندیده‌ایم، زیرا فشار احتمالاً خیلی کم بود. با این حال، اختلاط زدایی کربن و آب مشاهده شده مطمئناً به تشکیل آب ابریونیک در سیاراتی مانند اورانوس و نپتون اشاره دارد.
الماس صنعتی
این تحقیق همچنین می تواند پیامدهای مهمی برای تولید صنعتی الماس داشته باشد.
کراوس می گوید: «در آزمایش ما، الماس ها به اندازه های حدود 2 تا 5 نانومتر رسیدند. این فقط چند 100 تا چند 1000 اتم کربن است. این بیش از 10,000 برابر کوچکتر از ضخامت موی انسان است. لازم به ذکر است که در آزمایش‌های ما، الماس‌ها فقط نانوثانیه برای رشد دارند. به همین دلیل است که آنها بسیار کوچک هستند. در سیارات، آنها البته در طی میلیون ها سال بسیار بزرگتر خواهند شد."
فازهای یخی ابریونیک می توانند میدان های مغناطیسی غیرعادی اطراف اورانوس و نپتون را توضیح دهند
روش مورد استفاده در این آزمایش به اندازه کافی نانوالماس تولید نمی کند تا به یک فرآیند صنعتی عملی نزدیک شود. با این حال، کراوس اشاره می کند که روش جدید بسیار تمیزتر از روش فعلی استفاده از مواد منفجره برای تولید نانوالماس صنعتی است. کنترل این فرآیندهای انفجاری در مقایسه با فشرده سازی شوک لیزری پلاستیک ها دشوار و کثیف هستند. اگرچه بعید است که بطری‌هایی را از محل دفن زباله بیرون بیاوریم تا آنها را در مقیاس صنعتی به الماس تبدیل کنیم، کراوس معتقد است که این فرآیند می‌تواند بسیار کارآمدتر از روش‌های فعلی باشد.
کراوس می گوید: «در حال حاضر، ما در هر شات لیزری تنها چند میکروگرم نانوالماس تولید می کنیم. اما افزایش انقلابی در نرخ شات این لیزرها باید امکان تولید مقادیر ماکروسکوپی را فراهم کند.
تحقیق در شرح داده شده است با پیشرفتهای علمی.
