Учёные впервые напрямую измерили электропроводность вещества горячее Солнца

Международная команда исследователей из Национальной ускорительной лаборатории SLAC и Стэнфордского университета разработала и впервые применила бесконтактный метод прямого измерения электропроводности так называемой тёплой плотной материи — состояния вещества, существующего при экстремальных температурах и давлениях в недрах звёзд и планет.

Короткий лазерный импульс (красный) нагревает лист алюминия, заставляя его плавиться и распадаться на капли. Снизу через расплавленный металл проходит терагерцовый импульс (серый). Автор: Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory

До сих пор измерить электропроводность в таких условиях было невозможно, так как классические методы требуют физического контакта с образцом, а тёплая плотная материя может быть горячее поверхности Солнца. В новой работе, результаты которой опубликованы в журнале Nature Communications, учёные использовали свет в качестве зонда.

В эксперименте образец алюминия сначала быстро нагревали лазером до 10 000 Кельвинов, превращая его в тёплую плотную материю. Затем на образец направляли терагерцовое излучение, которое индуцировало в нём электрическое поле. Измерив его, исследователи смогли рассчитать электропроводность.

Неожиданное открытие

В ходе измерений учёные зафиксировали два резких падения электропроводности. Первое, ожидаемое, произошло при переходе алюминия из твёрдого состояния в тёплую плотную материю. Второе падение стало неожиданностью.

Чтобы понять его причину, команда использовала инструмент для мегаэлектронвольтной сверхбыстрой электронной дифракции (MeV-UED) в лаборатории SLAC. Наблюдения показали, что второй скачок соответствует моменту, когда атомная структура тёплой плотной материи переходит из упорядоченного в неупорядоченное состояние.

«Это самый точный на сегодняшний день метод измерения электропроводности в тёплой плотной материи», — заявил соавтор исследования Зигфрид Гленцер.

В дальнейшем команда планирует применить метод к другим материалам, включая медь и вольфрам, используемый в капсулах для ядерного синтеза, а также к железу, чтобы лучше понять физику земного ядра.