當(dāng)壓力超過地球上大氣壓力100萬倍甚至10億倍時(shí)，原子的表現(xiàn)會(huì)有很大的不同。了解原子在如此高的壓力條件下的反應(yīng)可以導(dǎo)致新材料的產(chǎn)生，并使科學(xué)家對(duì)星星和行星的組成以及宇宙本身提供有價(jià)值的見解。
這些都是羅切斯特大學(xué)將注意力轉(zhuǎn)移到相對(duì)較新的高能密度物理學(xué)領(lǐng)域的原因之一。而另外一個(gè)原因就是，該大學(xué)準(zhǔn)備為該領(lǐng)域作出重大貢獻(xiàn)。
羅切斯特大學(xué)副校長兼研究部副總裁Rob Clark表示：“我們的研究人員以及我們擁有的資源使我們處于獨(dú)特的地位，能在高能密度物理學(xué)領(lǐng)域獲得重要見解。”
而羅切斯特大學(xué)激光動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室是OMEGA激光器的所在地。該高達(dá)10米、長達(dá)100米的OMEGA是世界上最大的位于大學(xué)的激光器。
羅切斯特還特意聘請(qǐng)了Gilbert (Rip)Collins，在高能密度物理學(xué)領(lǐng)域帶領(lǐng)新的多學(xué)科研究計(jì)劃。Collins以前是勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室高能密度物理中心主任，現(xiàn)在是機(jī)械工程系/物理與天文學(xué)系的教授，還擔(dān)任該大學(xué)激光能學(xué)實(shí)驗(yàn)室的高級(jí)科學(xué)家。Collins指出，“這一研究將使化學(xué)、工程、物理和天文學(xué)之間的協(xié)作變得更加容易”，從而加快該領(lǐng)域的進(jìn)展。
除了其他研究外，Collins還研究了原子在極端壓力條件下的鍵合。一般情況下，原子的最外層電子與其他原子的電子發(fā)生反應(yīng)。但是，當(dāng)對(duì)原子施加的壓力大大增加時(shí)，內(nèi)部電子就會(huì)介入，這時(shí)就會(huì)發(fā)生有趣的現(xiàn)象。
Collins指出：“在極端的壓力下，我們熟悉的元素的化學(xué)性質(zhì)不再適用。針對(duì)不同的壓力條件，我們需要新的元素周期表。鉆石是一種在高壓下形成的眾所周知的材料。”將碳放置在地球100英里深的地方，其壓力比地球表面的壓力高出近50000倍，溫度高于2000華氏度，其原子結(jié)構(gòu)會(huì)變得非常有條理，我們就稱之為鉆石。
然而，當(dāng)涉及高能密度物理學(xué)時(shí)，這種壓力水平還較低。在更極端的壓力下，例如200萬個(gè)大氣壓，鈉能被轉(zhuǎn)化為絕緣體；在1000萬個(gè)大氣壓下，氫能變成超導(dǎo)超流體；當(dāng)壓力超過2億個(gè)大氣壓時(shí)，可以使鋁變得透明。
而上述OMEGA激光器可以使研究人員實(shí)現(xiàn)這種壓力條件。
Collins表示：“許多人都認(rèn)為激光器只是一種高溫?zé)嵩础Ｊ獠恢?，激光器也可以作為高度集中的壓力來源；而OMEGA激光器使我們能夠研究處于數(shù)百萬到數(shù)十億個(gè)大氣壓條件下的材料。了解原子在極端壓力下的行為將使研究人員有目的地對(duì)物質(zhì)進(jìn)行處理，從而形成一些新的、異乎尋常的材料。”
激光能學(xué)實(shí)驗(yàn)室副總裁兼總監(jiān)Robert McCrory表示，Collins享有很高的國際聲譽(yù)，很適合帶領(lǐng)該大學(xué)的項(xiàng)目。他指出，激光實(shí)驗(yàn)室、勞倫斯利弗莫爾的國家點(diǎn)火裝置等設(shè)施都開辟了新的高能密度物理前沿，并確保了美國在該領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。
對(duì)于創(chuàng)造新型材料，高能密度物理學(xué)還能提供更多。激光能學(xué)實(shí)驗(yàn)室副主任Michael Campbell稱這個(gè)領(lǐng)域?yàn)?ldquo;持久的科學(xué)”。
他指出：“總會(huì)有新的領(lǐng)域要探索，包括宇宙本身的性質(zhì)。行星中心的壓力超過大氣壓的數(shù)百萬倍，而星星的壓力則是大氣壓的數(shù)十億倍。高能密度物理學(xué)可以幫助我們了解行星和星星是如何產(chǎn)生的，像地球就有磁場(chǎng)；以及太陽和其他星星中的輻射和能量流等。”（文/Oscar譯）
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