Forskare skapade materialet med jordens högsta densitet

Vad skulle hända med koppar om metallen befann sig under extremt tryck, exempelvis i Saturnus kärna? Svaret är att den kristallina strukturen skulle vara identisk med den koppar som finns i de våra vanliga kopparrör i vattenledningar.

Det visar en avhandling gjord av Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) i Kalifornien tillsammans med Johns Hopkins University.

Tryck motsvarande 30 miljoner atmosfärer

Under arbetet har de två universiteten lyckats skapa materialet med den högsta densiteten på vår planet. Vid LLNL:s National Ignition Facility (NIF) utgick teamet från små kopparprover som var tunnare än ett mänskligt hårstrå. De utsattes för ett tryck som motsvarar 30 miljoner atmosfärer (tryckenheten).

Under förloppet, som var kortare än en miljarddel av en sekund, tredubblades provets täthet. Det innebar att kopparn uppnådde den högsta tätheten någonsin.

– De som jobbar med experimentell fysik kan skapa och utforska det komplexa beteendet hos material vid ett tryck som överstiger de förhållanden som råder djupt inne i kärnan hos Saturnus och Jupiter. Att generera så extrema tillstånd hos materia kräver att man samlar enorma mängder energi i extremt små volymer, vilket vi har lyckats med genom att använda NIF, den största och mest kraftfulla laseranläggningen i världen, säger Dayne Fratanduono till Technology.

Han är fysiker vid LLNL och huvudförfattare till avhandlingen. Arbetet har publicerats i Physical Review Letters. Enligt Fratanduono ligger den stora svårigheten i att göra korrekta mätningar under de extrema förhållandena, och NIF är en av få anläggningar i världen som klarar detta.

Mätte ljudvågors hastighet

Under experimentet mättes kopparprovernas hastighet med en interferometer till över 80 000 km/h. Under allt högre tryck togs röntgenbilder för att se förändringar i kopparns kristallina struktur. Forskarna mätte också hur ljudvågors hastighet förändras när kopparprov komprimeras.

– Vårt experiment har visat att vi kan ge korrekta förutsägelser kring kopparprovernas beteende under extrema förhållanden, och vi misstänker att det här beteendet kan vara likartat hos de andra ädelmetallerna – metaller som besitter nära sfäriska atomorbitaler, med en ledningselektron per atom. Framtida arbete kommer att pröva vår kunskap om kvantbeteendet hos material vid extrema förhållanden och undersöka beteendet hos mer exotiska material, säger Dayne Fratanduono.