Hochdruckhelium ist der Hauptbestandteil der Gasriesenplaneten, einschließlich Jupiter und Saturn. Das ist sein Zustand - ein Zwischenzustand zwischen kondensierter Materie und Hochtemperaturplasma, der experimentell sehr, sehr schwer zu untersuchen ist, dafür sind zu hohe Temperaturen und Drücke erforderlich.
Bei einem der Experimente mit dem Omega-Laser entdeckten Wissenschaftler den superkomprimierten Zustand von Helium an der Kontaktfläche von Metall und Isolator
Jedoch berichtete neulich eine französisch-amerikanische Gruppe von Wissenschaftlern, dass es ihnen dennoch gelungen sei, flüssiges Helium mit einem Druck von über 1 GPa zu erh alten - das heißt etwa eine Million Atmosphären, was nicht so anders ist der Druck, dem Materie in den tiefen Eingeweiden der Gasriesen ausgesetzt ist. Theoretische Berechnungen zeigen, dass Helium unter diesen Bedingungen ziemlich ungewöhnliche Eigenschaften annimmt, darunter Supraleitung (Leitung ohne Widerstand), Suprafluidität (Fluss ohne Reibung) und die Fähigkeit, Wigner-Kristalle (eine geordnete Verteilung von Elektronen in einem gleichmäßigen positiven Feld) zu bilden.
" Der Zustand der Materie im Zentrum eines Riesenplaneten ist schwer zu beobachten und fast ebenso schwer zu reproduzieren", sagt der Forscher Gilbert Collins. „Die Entdeckung der Zustandsgleichung für Helium bei diesem Druck ist der erste Schritt zur Vertiefung unseres Verständnisses der Struktur dieser massiven Objekte.“Und um diese Bedingungen im Labor zu erreichen, mussten die Wissenschaftler komprimiertes Helium verwenden und es mit einem leistungsstarken Omega-Laser "verarbeiten", der in der Lage ist, Energie von bis zu 40.000 J auf das Ziel zu konzentrieren.
Das Ziel war in diesem Fall eine mit hohem Druck komprimierte Heliumprobe, die auf einen winzigen „Amboss“gelegt wurde. Diese Probe wurde auf ein Quarzstück gelegt, wodurch die Geschwindigkeit der vom Laser erzeugten Stoßwelle bestimmt werden konnte. „Indem wir diese Energie auf eine komprimierte Probe angewendet haben“, sagt Collins, „haben wir den Zustand der Materie im Inneren von solaren und extrasolaren Riesenplaneten nachgebildet.“
Auf der Grundlage der Daten dieses Experiments gelang es den Wissenschaftlern, die Zustandsgleichung für Helium unter diesen harschen Bedingungen zu berechnen (zur Erinnerung, der Druck beträgt 100 GPa!), das heißt, die Beziehung zwischen den makroskopischen thermodynamischen Parametern aufzuzeigen des resultierenden Systems. Es wurde gezeigt, dass Helium bei diesem Druck in einen leitenden Zustand übergeht.
Wissenschaftler beabsichtigen, weiterhin Heliumproben zu "foltern", wofür sie einen noch stärkeren - 1,8 Megajoule-Laser aus dem INF-Labor verwenden werden. Allerdings ist selbst dieser starke Mann bei weitem nicht der stärkste Laser der Welt, über den wir im Artikel „Kräfte des Lichts“gesprochen haben.
