Lima 17 de Abril de 2016
En estudios recientes, científicos del SLAC en California recrean el Universo
En estudios recientes, científicos del SLAC en California recrean el Universo
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| Representación artística de experimentos astrofísicos en el laboratorio. |
Los diversos
acontecimientos extremos que suceden en el universo tales como choques
violentos que causan marcas en diversos planetas, reacciones nucleares en las
estrellas nucleares generando gran
cantidad de energía, explosiones gigantescas que arrojan gran cantidad de
materia al espacio , el saber exactamente como se desarrollan estos procesos y
si se podría aprovechar este poder para el beneficio de la humanidad.
Para tratar sobre
estos fenómenos en el Laboratorio Nacional de Aceleradores de Energia (SLAC) en Menlo Park (California), el
cual esta operado por la Universidad de Stanford ,los científicos del SLAC recrean el universo en los laboratorios
mediante experimentos sofisticados y simulaciones por ordenador que recrean las condiciones cósmicas violentos a
pequeña escala en el laboratorio.
Según las declaraciones
de Siegfried Glenzer, jefe de la división de Ciencias de alta densidad de energía
(SLAC):"El campo de la astrofísica de laboratorio está creciendo muy
rápidamente, alimentado por una serie de avances tecnológicos" ,
"Ahora tenemos los láseres de alta potencia para crear estados extremos de
la materia, de vanguardia fuentes de rayos X para analizar estos estados en el
nivel atómico, y superordenadores de alto rendimiento para ejecutar
simulaciones complejas que guían y ayudan a explicar nuestros experimentos. Con
su capacidades sobresalientes en estas áreas, SLAC es un terreno
particularmente fértil para este tipo de investigación”.
Estudios recientes ponen en claridad este enfoque: luz brillante
sobre los impactos de meteoritos, los núcleos de los planetas gigantes y el
acelerador de partícula cósmica que es un millón de veces más potente que el
gran colisionador de hadrones, es una pista de carreras de partículas más
grande en la Tierra.
La presión elevada puede convertir una forma suave de carbono -
grafito, utilizado como mina de lápiz - en una forma extremadamente dura de
carbono, el diamante. Ahora la pregunta es que si podría suceder lo mismo
cuando un meteoro `golpea el grafito en el suelo? Los científicos han comentado que estos
impactos, de hecho, podrían ser lo suficientemente potente como para producir
una forma de diamante, llamado lonsdaleíta, que es incluso más duro que el
diamante regular.
"La existencia
de lonsdaleíta ha sido discutido, pero ahora hemos encontrado evidencia
convincente para ello", dice Glenzer, el co-investigador principal de un
estudio publicado 14 de marzo en Nature Communications.
El equipo calienta
la superficie de grafito con un potente pulso de láser óptico desencadenando
una onda de choque dentro de la muestra y rápidamente se comprime. Por el
resplandor de los rayos X y otras pistas, los investigadores fueron capaces de
ver cómo el choque cambió la estructura atómica del grafito.
"Vimos que
lonsdaleíta se formaba para ciertas muestras de grafito dentro de unas pocas
millonésimas de segundo, y a una presión de aproximadamente 200 gigapascales -
2 millones de veces la presión atmosférica a nivel del mar", según el científico
alemán Dominik Kraus del Helmholtz
Center Dresden-Rossendorf , y que era un investigador post-doctoral en la
Universidad de California en el momento del estudio. "Estos resultados
apoyan firmemente la idea de que los impactos violentos pueden sintetizar esta
forma de diamante, y que los rastros de ella en el suelo podrían ayudar a
identificar sitios de impacto de meteoritos."
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| Los impactos de meteoros generan choques de onda que podrían transformar el grafito en diamante |
Un segundo estudio,
publicado en la revista Nature Communications, se observo otra transformación
peculiar que podría ocurrir dentro de los planetas gaseosos gigantes como
Júpiter, cuyo interior está compuesto en gran parte de hidrógeno líquido: A
alta presión y temperatura, se cree que este material puede para del
estado "normal " a un estado metálico eléctricamente
aislante.
"La
comprensión de este proceso proporciona nuevos detalles sobre la formación de
planetas y de la evolución del sistema solar", dice Glenzer, que era
también el co-investigador principal de este estudio. "A pesar de que la
transición ya había sido predicho en la década de 1930, nunca hemos tenido una
ventana directa en los procesos atómicos."
Por esto Glenzer y sus colegas científicos realizaron
un experimento en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), donde se
utiliza el Janus láser de alta potencia para comprimir rápidamente y calentar
una muestra de deuterio líquido, una forma pesada de hidrógeno, y para crear
una ráfaga de rayos X que probaron cambios estructurales posteriores en la
muestra.
El equipo vio que
por encima de una presión de 250.000 atmósferas y una temperatura de 7000
grados Fahrenheit,el deuterio había cambiado
de hecho a partir de un fluido neutro, aislante a uno ionizado , metálico.
"Las
simulaciones por ordenador sugieren que la transición coincide con la
separación de los dos átomos normalmente unidos en moléculas de deuterio",
dice el autor principal Paul Davis, que era un estudiante graduado en la
Universidad de California, Berkeley y LLNL en el momento del estudio.
"Parece que a medida que la presión y la temperatura de la onda de choque
inducida por láser rasgan las moléculas separadas, sus electrones se convierten
inestables y son capaces de conducir la
electricidad."
Además de la ciencia
planetaria, el estudio también podría informar a la investigación energética
destinada a uso de deuterio como combustible nuclear para las reacciones de
fusión que se replican procesos análogos en el interior del Sol y otras
estrellas.
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| El interior de los planetas gaseosos gigantes como Júpiter es tan
caliente y denso que el hidrógeno se convierte en un metal |
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