یک تیم تحقیقاتی از فلاش‌های لیزری برای شبیه‌سازی فضای داخلی سیارات نپتون و اورانوس استفاده کرد و فرآیند جدیدی را برای تولید الماس‌های کوچک از بطری‌های پلاستیکی ارائه داد.
ساخت نانوالماس از بطری پلاستیکی /شبیه‌سازی بارش باران الماس در نپتون و اورانوس
در داخل سیاراتی مانند نپتون و اورانوس چه می‌گذرد؟
برای پی بردن به این موضوع، یک تیم بین‌المللی به سرپرستی محققان مرکز هلمهولتز-زنتروم درسدن-روزندورف (HZDR)، دانشگاه روستوک و مدرسه پلی تکنیک فرانسه آزمایش جدیدی را انجام دادند. آن‌ها لیزری را روی یک لایه نازک از پلاستیک PET ساده شلیک کردند و با استفاده از فلاش‌های لیزری شدید آنچه اتفاق افتاد را بررسی کردند.
یکی از نتایج این بود که محققان توانستند نظریه قبلی خود را تأیید کنند که واقعاً الماس در غول‌های یخی در حاشیه منظومه شمسی می‌بارد. نتیجه دیگر این بود که این فرآیند می‌تواند روش جدیدی برای تولید نانوالماس ایجاد کند که برای مثال برای حسگرهای کوانتومی بسیار حساس مورد نیاز است. نتایج این یافته‌ها در مجله Science Advances منتشر شده است.
در این آزمایش، یک ورقه نازک از پلاستیک PET با لیزر بمباران شد. فلاش‌های لیزری قوی که به نمونه مواد فویل مانند برخورد کردند، برای مدت کوتاهی آن را تا دمای ۶۰۰۰ درجه سانتیگراد گرم کرده و بنابراین یک موج ضربه‌ای ایجاد شد که ماده را تا میلیون‌ها برابر فشار اتمسفر برای چند نانوثانیه فشرده کرد. دانشمندان توانستند تشخیص دهند که الماس‌های کوچک، موسوم به نانوالماس، تحت فشار شدید تشکیل شده‌اند.
شرایط درون سیارات غول پیکر یخی مانند نپتون و اورانوس بسیار شدید است. دما به چند هزار درجه سانتیگراد می‌رسد و فشار آن میلیون‌ها برابر بیشتر از جو زمین است. دومینیک کراوس، فیزیکدان در HZDR و استاد دانشگاه روستوک، توضیح می‌دهد: «در پروژه‌های قبلی از فیلم‌های هیدروکربنی استفاده کردیم. ما کشف کردیم که این فشار شدید الماس‌های ریز تولید می‌کند که به نام نانوالماس شناخته می‌شوند.»
با این حال، با استفاده از این فیلم‌ها، فقط تا حدی می‌توان فضای داخلی سیارات را شبیه‌سازی کرد، زیرا غول‌های یخی نه تنها حاوی کربن و هیدروژن هستند، بلکه مقادیر زیادی اکسیژن نیز دارند. هنگام جستجوی به دنبال فیلم مناسب، این گروه به یک ماده روزمره برخورد کردند، PET، رزینی که از آن بطری‌های پلاستیکی معمولی ساخته می‌شود.
کراوس توضیح می‌دهد: «PET تعادل خوبی بین کربن، هیدروژن و اکسیژن برای شبیه‌سازی فعالیت در سیارات یخی دارد.»
این تیم آزمایش‌های خود را در آزمایشگاه ملی شتاب‌دهنده SLAC در کالیفرنیا، محل منبع نور منسجم Linac (LCLS)، انجام داد. آن‌ها از این تجهیزات برای تجزیه و تحلیل آنچه که در هنگام برخورد فلاش‌های لیزری شدید به یک فیلم PET اتفاق می‌افتد، استفاده کردند و از دو روش اندازه‌گیری همزمان استفاده کردند: پراش اشعه ایکس برای تعیین اینکه آیا نانوالماس تولید شده است یا خیر و همچنین از پراکندگی با زاویه کوچک برای دیدن سرعت و اندازه رشد الماس‌ها استفاده کردند.
دومینیک کراوس در گزارشی از نتایج می‌گوید: «تاثیر اکسیژن تسریع شکافت کربن و هیدروژن و در نتیجه تشویق تشکیل نانوالماس بود. این بدان معناست که اتم‌های کربن می‌توانند راحت‌تر با هم ترکیب شوند و الماس تشکیل دهند. این نتایج بیشتر از این فرضیه حمایت می‌کند که به معنای واقعی کلمه الماس در داخل غول های یخی می‌بارد. احتمالاً این یافته‌ها نه تنها مربوط به اورانوس و نپتون، بلکه به سیارات بی‌شماری دیگر در کهکشان ما نیز قابل تعمیم است.»
