Bilim insanları elması eritti ve buz devlerinin sırrını çözdü

Güneş sistemindeki en tuhaf hava olaylarından bazıları Dünya’da ve hatta Jüpiter’in Büyük Kırmızı Noktasında meydana gelmez; Neptün ve Uranüs gibi buz devlerinin iç kısımlarında meydana gelir. Spesifik olarak, bilim adamları uzun süredir belirli basınç ve sıcaklıklarda bu gezegenlerin içine elmas yağdığına inanıyorlardı. Bilim insanları ilk kez bu fenomeni yarattığına inandıkları süreci taklit ettiler.

Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’ndaki (LLNL) fizikçiler tarafından hazırlanan yeni bir makale Doğa Fiziği20 yıllık bilimsel gizemi çözüyor ve Neptün’ün içine elmas yağdıran aynı fiziğin, füzyon enerjisi çıktımızı üç katına çıkarmamıza nasıl yardımcı olabileceğini gösteriyor.

Önce gerçek deneyden bahsedelim. LLNL bilim adamları deneylerini Rochester Üniversitesi’nin Omega Lazer Tesisi’nde kurdular; bu tesis tam olarak adından da anlaşılacağı gibi yapıyor. Bu durumda, lazer bir elmas örneğinin dış katmanını buharlaştırdı ve bilim adamları bunu, X-ışını kırınımı adı verilen ultra hızlı bir teknik de dahil olmak üzere, mümkün olduğu kadar çok sensörle izlediler. Bu buharlaşma, elmasın iç kısmına devasa bir şok dalgası göndererek onu Dünya’nın çekirdeğinin üç katından daha fazla basınca sıkıştırdı ve sonuçta güneş yüzeyine eşdeğer sıcaklıklar oluştu – ancak yalnızca saniyenin milyarda biri için.

Gördükleri 20 yıllık bir gizemin çözülmesine yardımcı oldu. Bu, bilim adamlarının elması erittiği ilk sefer değildi. Bununla birlikte, elmasın erime noktasına ilişkin daha önceki fiziksel ölçümler, kuantum mekaniğini temel alan bilgisayar modelleriyle %20’ye kadar farklılık gösteriyordu. Bu kulağa pek fazla gelmeyebilir, ancak bu deneyler bağlamında bu %20, teorik ve gözlemlenen erime noktaları arasında 1000 kelvin’den fazla bir farkı temsil ediyordu.

Bilim insanları, tüm çabalarına rağmen şu ana kadar iki sayının eşleşmesini sağlayamadı. Yeni X-ışını kırınım verileriyle donanmış olan yazarlar, ölçülen elmas erime noktalarının modern kuantum fiziğine dayalı modellerle tutarlı olduğunu doğrulayabildiler. Ancak onların en ilginç bulgusu bu değildi; ayrıca, doğru koşullar altında elmasların bir karbon denizinde yüzebileceğini de keşfettiler.

LLNL’nin basın açıklamasında belirtildiği gibi, bir malzemenin katı versiyonunun sıvı versiyonundan daha az yoğun olduğu belirli bir örneği hepimiz biliyoruz: buz ve su. Ancak katı elmasın aslında sıvı metalik karbondan daha az yoğun olduğunu bulmak araştırmacılar için biraz şaşırtıcıydı. Kağıt üzerinde güneş sisteminin herhangi bir yerindeki en havalı hava olaylarından biri gibi görünen elmas yağmuru olasılığını ortaya çıkardı.

Bir gezegen bilimcisine sorun, o da size elmasların o kadar da sıra dışı olmadığını söyleyecektir. Aslında, güneş sistemimizdeki ve ötesindeki gezegenlerin derin iç kısımlarında milyarlarca ton saklanıyor. En hevesli olanlar size elmas yağmurunu anlatacak; gezegenin sıcaklığı ve basıncı o kadar yüksek ki, elmas kelimenin tam anlamıyla eriyip bir sıvı oluşturup gezegenin çekirdeğine doğru düşüyor.

Bu elmas yağmur damlalarının ürettiği sürtünme ve ısı, Neptün’ün daha sonra uzaya geri yaydığı aşırı enerjinin ana itici güçleri arasındadır. LLNL makalesi ilk kez böylesine hayranlık uyandıran bir olayın gerçekleşmesi için gerekli olan kesin basınç ve sıcaklıklara ilişkin sağlam deneysel veriler sağlıyor.

Yakın zamanda bunun gerçekten gerçekleştiğini görebileceğimizden değil. Ancak makalenin, konuya daha yakın olan ilgili bir alan olan nükleer füzyon üzerinde daha pratik bir etkisi var. LLNL, bilim adamlarının güç-pozitif bir füzyon reaksiyonu yaratmaya çalışmak için eylemsiz hapsetme füzyonunu kullandığı Amerika’nın Ulusal Ateşleme Tesisi’ne (NIF) ev sahipliği yapıyor. Şu ana kadar yaklaştılar, ancak “net pozitif” füzyon reaksiyonunun ödülü hala elde edilmesi zor bir şey.

Yazarların makalede açıkladığı gibi, NIF deneylerinde “hedef”e benzer bir elmas kullanan deneylerinin dikkate değer bir sonucu, elması şu ana kadar NIF deneyleri için norm olan kadar güçle patlatmak zorunda olmadıklarını fark etmeleriydi. Yazarlar, daha yavaş ve daha yumuşak bir ilk şokun yine de mükemmel şekilde erimiş bir elmas kapsülün sonucunu elde edebileceğine inanıyor. Hesaplamalarına göre bu, kapsülün içindeki yakıtın açığa çıkardığı füzyon enerjisi miktarının üç katıyla sonuçlanabilir.

Bu çok büyük bir artış, ancak yine de NIF’i “mühendislik başabaş noktası” eşiğinin (yani bir enerji santrali olarak kullanılabileceği yer) üzerine itmek için yeterli değil – ve tamamen dürüst olmak gerekirse, bu noktada hala bu seviyenin çok altında.

Ancak bilim dünyasında, tek bir deneyin nasıl füzyon enerjisi verimini artırmak ve gezegenlerin mücevherlerle kaplı iç kısımlarını tanımlamak kadar geniş etkilere sahip olabileceğini düşünmek bazen eğlenceli olabiliyor. Belki bir gün Neptün’ün içini ziyaret etmek ve yağan elmasları gerçek zamanlı olarak görmek için füzyon gücüyle çalışan uzay gemilerini kullanırız; bu noktada bu makalede yayınlanan çalışma tam anlamıyla tamamlanmış olacaktır.