新的研究計劃將激光聚焦於高能量密度的物理學

當擠壓到壓力超過百萬甚至十億倍的地球大氣壓力時，原子的行為會有很大的不同。了解原子在高壓條件下的反應，可以創造出新的材料，並使科學家們對恆星和行星的構成以及宇宙本身有有價值的見解。

圖片：University of Rochester

這些都是羅切斯特大學將注意力轉向相對較新的高能量密度物理領域的原因之一。另一個原因是，該大學做好了對該領域做出重大貢獻的準備。

我們的人民和我們的資源使我們處於一個獨特的位置，可以在高能量密度的物理學領域獲得關鍵的見解，」教務長和研究高級副總裁羅布·克拉克(Rob Clark)說。

例如，羅徹斯特激光能量學實驗室是歐米茄激光的家。在10米高，100米長，歐米茄是世界上最大的基於大學的激光。

羅切斯特還招募了吉爾伯特「Rip」Collins，為高能量密度物理學研究一項新的多學科研究計劃。柯林斯以前是勞倫斯利弗莫爾國家實驗室高能量密度物理中心的主任，現在是機械工程學系和物理系和天文系的教授，也是大學激光能量學實驗室的資深科學家。柯林斯說，這項倡議「將使化學、工程、物理和天文學之間的合作變得更容易，」這將使該領域的進展更快。

柯林斯研究了原子如何在極端的壓力下結合。通常，它是一個原子的最外層電子與其他原子的電子反應。但是當原子的壓力大大增加時，內部的電子就會參與進來，這就是有趣的開始。

「在極端的壓力下，我們熟悉的元素的化學性質不再適用，」他說。「我們需要新的周期表來滿足不同的壓力條件。」

金剛石是一種在高壓下形成的著名材料。將碳排放到100英里深的地球上，那裡的壓力是地球表面的5萬倍，溫度超過了2000華氏度，原子在我們稱之為鑽石的結構中高度組織化。

然而，當涉及到高能量密度的物理學時，這種壓力水平處於最低的水平。在更極端的壓力下，比如兩百萬大氣壓，鈉被轉化成絕緣體;在1000萬大氣壓下，人們相信氫氣可以變成超導超流體;當壓力超過2億大氣壓時，就有可能使鋁透明。歐米茄激光允許研究人員達到這樣的壓力。

很多人認為激光是高溫的來源，激光也可以作為高度聚焦壓力的來源，而歐米茄激光允許我們在數百萬到數十億大氣壓的壓力下研究材料。理解原子在極端壓力下的行為，將使研究人員能夠「有目的地操縱物質，形成某種新的、奇異的物質。

Robert McCrory是激光能量學實驗室的副總裁兼主任，他說柯林斯是一個享有國際聲譽的人，他非常適合領導這所大學的工作。他指出像激光實驗室這樣的設施，在勞倫斯利弗莫爾(Lawrence Livermore)的國家點火設施，科林斯以前曾在那裡工作過，以及在桑迪亞國家實驗室(Sandia National Laboratories)的Z機器，已經開闢了新的高能量密度的物理學前沿，並在該領域獲得了美國的領導地位。

但對於高能量密度的物理學來說，甚至比創造新材料還要多。激光能量學實驗室的副主任邁克爾·坎貝爾稱該領域為持久的科學。

總會有新的領域去探索，包括宇宙本身的本質，行星中心的壓力超過了數百萬的大氣層，還有數千億的恆星。高能量密度的物理學可以幫助我們了解行星和恆星是由什麼組成的，比如地球它們有磁場，以及太陽和其他恆星的輻射和能量流。

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