การยิงเลเซอร์พัลส์อันทรงพลังที่ชิ้นส่วนพลาสติกได้ให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับวิธีที่เพชรสามารถก่อตัวและตกลงมาบนดาวเคราะห์ยักษ์น้ำแข็ง เช่น ดาวเนปจูนและดาวยูเรนัส การทดลองโดยนักวิจัยในเยอรมนี ฝรั่งเศส และสหรัฐอเมริกา อาจนำไปสู่กระบวนการทางอุตสาหกรรมที่ดีขึ้นสำหรับการผลิตเพชรบนโลก
สมาชิกในทีม โดมินิก เคราส์ ที่มหาวิทยาลัย Rostock อธิบายว่ากลุ่มนี้ใช้เลเซอร์ออปติคัลพัลซิ่งที่มีพลังเพื่อขับคลื่นอัดกระแทกเข้าไปในฟิล์มพลาสติก PET ความดันของคลื่นมีประมาณหนึ่งล้านเท่าของความกดอากาศของโลก ซึ่งจำลองสภาวะที่อยู่ใต้พื้นผิวของยักษ์น้ำแข็งอย่างดาวเนปจูนและดาวยูเรนัสสองสามพันกิโลเมตร คลื่นกระแทกเดินทางเพียงไม่กี่นาโนวินาที แต่นั่นก็เป็นเวลาเพียงพอสำหรับทีมที่จะใช้ชีพจร femtosecond จากเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระ X-ray เพื่อสร้าง "ภาพยนตร์" ของกระบวนการทางเคมีภายในตัวอย่างที่บีบอัดด้วยแรงกระแทก
"เราใช้เทคนิคการวินิจฉัยหลักสองวิธี" Kraus กล่าว “การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ ซึ่งแสดงให้เราเห็นว่าโครงสร้างผลึกเพชรกำลังก่อตัว และการกระเจิงของรังสีเอกซ์ในมุมเล็กๆ ซึ่งทำให้ ในแหล่งกำเนิด การกระจายขนาดของเพชรที่สร้างขึ้น” เขาเสริมว่าการรวมกันของเทคนิคทั้งสองนี้ในการทดลองครั้งเดียวเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพอย่างยิ่งในการจำแนกปฏิกิริยาเคมีภายใต้สภาวะที่รุนแรงเช่นนี้
ยักษ์น้ำแข็งและขวดพลาสติก
PET เป็นวัสดุชนิดเดียวกับที่ใช้ในขวดพลาสติก แต่ในกรณีนี้ ใช้แผ่นฟิล์ม PET ธรรมดาแทนวัสดุที่หนากว่าที่พบในขวด
Kraus กล่าวว่า "เราใช้พลาสติก PET เพราะมีส่วนผสมของธาตุแสงซึ่งคิดว่าเป็นองค์ประกอบหลักของดาวเคราะห์ยักษ์ที่เป็นน้ำแข็ง ได้แก่ ไฮโดรเจน คาร์บอน ออกซิเจน" “ในขณะเดียวกัน PET ก็เป็นส่วนผสมของคาร์บอนและน้ำ เราต้องการจัดการกับคำถามว่าการตกตะกอนของเพชรสามารถเกิดขึ้นได้จากการแยกคาร์บอนและไฮโดรเจนออกเมื่อมีออกซิเจนหรือไม่”
นอกจากการให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเกี่ยวกับกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นบนดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกลเหล่านี้แล้ว การวิจัยยังให้ข้อมูลว่ายักษ์น้ำแข็งสามารถสร้างสนามแม่เหล็กได้อย่างไร สนามแม่เหล็กของโลกเกิดจากการเคลื่อนที่ของเหล็กเหลวในแกนนอกของโลก ดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนมีสนามแม่เหล็กที่แตกต่างกันมาก ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์บางคนเชื่อว่าถูกสร้างขึ้นใกล้กับพื้นผิวของดาวเคราะห์มากขึ้นด้วยน้ำที่เหนือกว่า ในรูปของน้ำนี้ อะตอมของออกซิเจนจะก่อตัวเป็นโครงผลึกซึ่งไฮโดรเจนไอออนสามารถไหลผ่านได้เหมือนของไหล ดังนั้นจึงสร้างสนามแม่เหล็กขึ้น
Kraus กล่าวว่า "เรายังไม่เห็นหลักฐานโดยตรงสำหรับการก่อตัวของน้ำเหนือไอออนในการทดลองเหล่านี้ เนื่องจากแรงดันอาจต่ำเกินไป “อย่างไรก็ตาม การสังเกตการแยกตัวของคาร์บอนและน้ำชี้ให้เห็นถึงการก่อตัวของน้ำเหนือไอออนในดาวเคราะห์อย่างดาวยูเรนัสและเนปจูนอย่างแน่นอน”
เพชรอุตสาหกรรม
การวิจัยอาจมีนัยสำคัญสำหรับอุตสาหกรรมการผลิตเพชร
“ในการทดลองของเรา เพชรมีขนาดประมาณ 2–5 นาโนเมตร” เคราส์กล่าว “นี่เป็นเพียงไม่กี่อะตอมของคาร์บอน 100 ถึง 1000 อะตอม ซึ่งน้อยกว่าความหนาของเส้นผมมนุษย์ถึง 10,000 เท่า ควรสังเกตว่าในการทดลองของเรา เพชรมีเพียงนาโนวินาทีที่จะเติบโต นี่คือเหตุผลที่พวกเขามีขนาดเล็กมาก ในดาวเคราะห์ต่างๆ แน่นอนว่าพวกมันจะโตขึ้นอย่างมากภายในเวลาหลายล้านปี”
เฟสน้ำแข็งเหนือไอออนสามารถอธิบายสนามแม่เหล็กที่ผิดปกติรอบดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนได้
ตามที่กล่าวไว้ วิธีการที่ใช้ในการทดลองนี้ไม่ได้ผลิต nanodiamond มากพอที่จะเข้าใกล้เป็นกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่ใช้งานได้จริง อย่างไรก็ตาม Kraus ชี้ให้เห็นว่าเทคนิคใหม่นี้สะอาดกว่าวิธีปัจจุบันของการใช้วัตถุระเบิดเพื่อผลิตนาโนไดมอนด์อุตสาหกรรม กระบวนการระเบิดเหล่านี้ควบคุมได้ยากและสกปรกเมื่อเปรียบเทียบกับการอัดแรงกระแทกด้วยเลเซอร์ของพลาสติก แม้ว่าไม่น่าเป็นไปได้ที่เราจะขุดขวดออกจากหลุมฝังกลบเพื่อเปลี่ยนให้เป็นเพชรในระดับอุตสาหกรรม Kraus เชื่อว่ากระบวนการนี้อาจมีประสิทธิภาพมากกว่าวิธีการในปัจจุบันมาก
"ปัจจุบัน เราสร้างนาโนไดมอนด์เพียงไม่กี่ไมโครกรัมต่อการยิงเลเซอร์" Kraus กล่าว “แต่การเพิ่มขึ้นของอัตราการยิงของเลเซอร์เหล่านั้นที่ปฏิวัติวงการควรทำให้เกิดการผลิตในปริมาณมาก”
งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน วิทยาศาสตร์ก้าวหน้า.
