Fysici van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) zijn erin geslaagd om de extreme omstandigheden die heersen in de kernen van planeten zoals Neptunus en Uranus in een laboratoriumomgeving na te bootsen. Door een diamant te smelten onder extreme druk en hitte, hebben zij een wetenschappelijk vraagstuk dat al twee decennia openstond, kunnen oplossen. De resultaten werpen een nieuw licht op het fenomeen van diamantenregen in de zogenaamde ijsreuzen van ons zonnestelsel.
In de diepten van deze verre planeten geloven wetenschappers dat er specifieke temperaturen en drukverhoudingen heersen waardoor koolstof condenseert tot diamanten die vervolgens naar beneden regenen. Om dit proces te bestuderen, maakten de onderzoekers gebruik van de Omega Laser Facility aan de University of Rochester. Hierbij werd een krachtige laser ingezet om de buitenste schil van een diamantmonster te laten verdampen, wat een intense schokgolf door de kern van de diamant stuurde.
Volgens een artikel van universetoday.com resulteerde dit experiment in een compressie waarbij de druk meer dan drie keer zo hoog was als in de kern van de aarde. De temperaturen die werden bereikt, waren vergelijkbaar met die op het oppervlak van de zon. Hoewel deze toestand slechts een miljardste van een seconde duurde, konden de fysici het proces nauwkeurig vastleggen met behulp van röntgendiffractie en gespecialiseerde sensoren.
Het onderzoek lost een hardnekkig conflict tussen theorie en praktijk op. Voorheen weken fysieke metingen van het smeltpunt van diamant namelijk tot wel 20 procent af van de computermodellen die gebaseerd waren op quantummechanica. Dit zorgde voor een verschil van meer dan 1.000 Kelvin tussen wat theoretisch werd voorspeld en wat in de praktijk werd waargenomen. De nieuwe data uit het experiment bevestigen echter dat het gemeten smeltpunt nu wel overeenstemt met de moderne quantumfysische modellen, zoals rapporteert.
Een andere opmerkelijke ontdekking betreft de dichtheid van het materiaal. De onderzoekers stelden vast dat vaste diamanten onder bepaalde omstandigheden kunnen drijven op een laag van vloeibaar koolstof. Dit proces is analoog aan hoe ijs drijft op water; de vaste vorm van de diamant is in dit scenario minder dicht dan de vloeibare, metallische vorm van koolstof. Deze interactie biedt cruciale informatie over hoe materialen zich gedragen in de extreme omgevingen van ijsreuzen.
De impact van deze bevindingen beperkt zich niet enkel tot de astronomie. De fysica achter de diamantenregen op planeten als Neptunus zou namelijk ook relevant kunnen zijn voor technologische ontwikkelingen op aarde. In de berichtgeving van wordt vermeld dat deze inzichten mogelijk kunnen bijdragen aan het verdrievoudigen van de output van fusie-energie. Dit zou een belangrijke doorbraak betekenen voor de ontwikkeling van duurzame energiewinning.
Door de combinatie van geavanceerde lasertechnologie en quantummodellen is het LLNL erin geslaagd om een brug te slaan tussen laboratoriumexperimenten en de complexe realiteit van verre planeten. De publicatie van dit onderzoek in het vakblad Nature Physics markeert daarmee een belangrijke stap in ons begrip van de interne structuur van het zonnestelsel, zoals beschreven door .