作者:阿里·桑德尔米尔，SLAC国家加速器实验室 在一项新的实验中，四束光学激光束(绿色)在由碳和氢组成的塑料样品中发射冲击波
当冲击波穿过材料时，研究人员通过用来自LCLS的x光光子(薄的白色光束)撞击受激区域来观察它，x光光子将样品中的电子前后散射(较厚的白色光束)
学分:格雷格·斯图尔特/SLAC国家加速器实验室 我们中间有巨人——具体来说就是气体和冰巨人
它们围绕同一颗恒星运行，但它们的环境条件和化学组成与地球大相径庭
这些巨大的行星——木星、土星、海王星和天王星——可以被视为极端温度和压力下物质物理学的天然实验室
现在，一个包括美国能源部SLAC国家加速器实验室科学家在内的国际团队开发了一个新的实验装置，来测量化学元素在冰巨人内部深处的行为和混合，这可以为行星系统的形成和演化提供见解
他们的研究还可以指导科学家利用核聚变作为一种新的能源，核聚变产生的条件类似于我们的太阳
他们的结果发表在上周的《自然通讯》上
混在一起 在以前的实验中，研究人员使用SLAC的直线加速器相干光源(LCLS) X光激光首次详细观察了“热致密物质”的产生，这是一种超级超高速超压缩混合物，被认为是这些巨大行星的核心
他们还能够收集“钻石雨”的证据，这是一种奇异的降水，预计是由冰巨人内部深处的混合元素形成的
到目前为止，研究人员使用了一种叫做x光衍射的技术来研究这一点，拍摄了一系列样本对激光产生的冲击波的反应快照，这些冲击波模拟了在其他行星上发现的极端条件
这种技术对晶体样品很有效，但对分子和原子排列更随机的非晶体样品效果较差，这限制了科学家的理解深度
在这篇新论文中，研究小组使用了一种叫做x光汤姆逊散射的技术，这种技术精确地再现了以前的衍射结果，同时也允许他们研究元素在极端条件下如何在非晶体样品中混合
“这项研究提供了一种现象的数据，这种现象很难通过计算来建模:两种元素的‘混溶性’，或者它们混合时是如何结合的，”LCLS大学的主任迈克·邓恩说
“在这里，他们看到了两种元素是如何分离的，就像让蛋黄酱重新分离成油和醋一样
他们的研究可以为聚变失败的一个关键途径提供见解，在这个过程中，胶囊的惰性外壳与聚变燃料混合并污染它，使它不燃烧
" 一万公里深 两组散射光子揭示了氢(蓝色)和碳(灰色)原子是如何分离或分层的，以响应实验中达到的极端压力和温度条件
学分:格雷格·斯图尔特/SLAC国家加速器实验室 在最近的实验中，光学激光束在由碳和氢组成的塑料样品中发射冲击波
当冲击波穿过材料时，研究人员通过用来自LCLS的x光光子撞击受激区域来观察它，这些光子将样品中的电子向前和向后散射
“一组散射光子揭示了样本中达到的极端温度和压力，它们模拟了在天王星和海王星表面下10000公里处发现的温度和压力，”SLAC科学家和合著者埃里克·戈蒂埃说
“另一个揭示了氢原子和碳原子是如何在这些条件下分离的
" 深入 研究人员希望这项技术将使他们能够在大型高能激光器上测量聚变实验中使用的材料的微观混合物，例如美国能源部劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的国家点火设施
LLNL物理学家、该论文的合著者Tilo Doeppner说:“我们想知道这个过程是否会发生在带有塑料烧蚀体胶囊的惯性约束聚变内爆中，因为它会产生波动，从而可能增加和降低内爆性能。”
接下来，该团队计划重现在冰巨人内部更深处发现的更极端的情况，并研究包含其他元素的样本，以了解在其他行星上发生的事情
“这项技术将允许我们测量有趣的过程，否则很难重现，”领导这项研究的亥姆霍兹-曾特朗德累斯顿-罗森多夫的科学家张秀坤·克劳斯说
“例如，我们将能够看到在木星和土星等气态巨行星内部发现的氢和氦元素在这些极端条件下是如何混合和分离的
这是一种研究行星和行星系统进化史的新方法，同时也支持未来聚变能源潜在形式的实验
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