العلماء أخطأوا في درجة انصهار الألماس بأكثر من 1000 درجة، حسبما كشفت تجربة ليزر ساحقة جديدة

قام العلماء بإذابة الماس باستخدام ليزر قوي لأخذ بعض القياسات الأكثر دقة لنقطة انصهار المعدن بعيدة المنال – ووجدوا أن التجارب السابقة كانت متوقفة بأكثر من 1300 درجة فهرنهايت (700 درجة مئوية).

من الغريب التفكير في الماس أصعب المواد الطبيعية على وجه الأرض، ذوبان – ولكنه يذوب عندما يتم تفجيره بأشعة ليزر قوية للغاية في ظل الظروف المناسبة. يعد فهم كيفية استجابة الماس لموجات الصدمة الصادرة عن الليزر جزءًا مهمًا من التطوير الاندماج النوويالعملية التي تزود النجوم بالطاقة. يعد الاندماج النووي أيضًا مصدرًا محتملاً للطاقة في المستقبل، لذلك بذل الباحثون الكثير من الجهد لتطوير نماذج تصف وتتنبأ بكيفية سلوك الماس.

ومع ذلك، الماس غريب. على الرغم من أن البيانات التجريبية والنماذج النظرية تتطابق بشكل جيد في معظم الأوقات، إلا أنه كانت هناك بعض التناقضات الغريبة التي لم يتمكن العلماء من تفسيرها. أكبرها هو الفرق البالغ 2240 درجة فهرنهايت (1244 درجة مئوية) – حوالي 20% – بين البيانات التجريبية السابقة ودرجات حرارة ذوبان الماس المتوقعة بواسطة النموذج. كان هناك أيضًا بعض الجدل حول ما إذا كان الماس يعيد تنظيم ذراته إلى نوع مختلف من الكربون الصلب قبل أن يتحول إلى سائل في نهاية عملية الذوبان.

لقد ناضل الباحثون لتفسير هذه التناقضات لأن الظروف التي يذوب فيها الماس شديدة للغاية بحيث يصعب قياسه في المختبرات على الأرض. ومع ذلك، فإن التجارب الجديدة قد تقدم أخيرًا الحل الذي اتبعه العلماء لمدة عقدين من الزمن.

في دراسة نشرت في 13 أغسطس في المجلة فيزياء الطبيعةقام العلماء بضرب صفائح صغيرة من الألماس الاصطناعي بالليزر فوق البنفسجي، مما أدى إلى خلق موجات صدمية كانت قوية جدًا لدرجة أنه عند مرورها عبر العينات، تغير الماس من شفاف إلى يشبه المرآة. الزيادة القوية في الانعكاس هي أحد المؤشرات على ذوبان الماس. ومن خلال الجمع بين هذا التغيير وقياسات مدى سطوع الماس أثناء صعقه، رسم الباحثون خريطة لدرجة حرارة الانصهار بدقة كبيرة.

“لقد تمكنا من أخذ عينات صغيرة من الألماس وضغطها بالصدمة إلى درجات حرارة أعلى من سطح الشمس وإلى ضغط أعلى من مركز نبتون وأورانوس – ولا نزال نقيس البنية الذرية ودرجة الحرارة والكثافة والانعكاس البصري،” مؤلف مشارك في الدراسة ماريوس ميلوتوقال عالم أبحاث في مختبر لورانس ليفرمور الوطني في كاليفورنيا في أ إفادة.

ووجد الفريق أن درجة حرارة انصهار عينة الألماس كانت أقل بما يزيد عن 1300 فهرنهايت مما كان يعتقد سابقًا، مما يجعل نقطة الانصهار تتماشى مع التنبؤات النظرية، وأخيرًا يفسر التناقض طويل الأمد.

وكتب الباحثون أن الفريق قام أيضًا بقياس التركيب الذري للعينات باستخدام حيود الأشعة السينية ورأى أن الماس لم يتحول إلى نوع مختلف من الكربون الصلب قبل الذوبان، ربما لأن الطاقة المطلوبة لإعادة ترتيب الذرات كانت كبيرة جدًا.

ومع ذلك، فقد افترضوا أيضًا أن الصدمات المتعددة يمكن أن تكون قوية بما يكفي لحدوث هذا التحول، وأن الطريقة التي يتم بها تطبيق الصدمات على الماس قد تؤثر على كيفية تغير المرحلة. يعد فهم ذلك أمرًا مهمًا لأبحاث الاندماج النووي، حيث تتضمن أنواع معينة من التجارب استخدام الليزر في إذابة وسحق كبسولة ألماسية لوضع محتويات الكبسولة، وهي الديوتيريوم الصلب والتريتيوم، تحت ضغط يزيد عن 30 بيتا باسكال ودرجات حرارة أعلى من 180 مليون فهرنهايت (100 مليون درجة مئوية)، وهي الشروط اللازمة لحدوث تفاعل متسلسل اندماجي.

ووجد الباحثون أنه بين حوالي 660 و1060 جيجا باسكال من الضغط وحوالي 12140 فهرنهايت (6727 درجة مئوية)، يوجد الماس كقطع صلبة تطفو في الكربون السائل. ومع زيادة الضغط، يتحول المزيد من الألماس إلى الكربون السائل، والذي يُعتقد أنه مادة غريبة جدًا. على عكس معظم أشكال الكربون التي يتخذها على الأرض – مثل الفحم والجرافيت والماس – فإن الكربون السائل معدن، لذلك فهو موصل للكهرباء. كما أنها أكثر كثافة من الماس. لذلك من الناحية النظرية، إذا قمت بطريقة ما بوضع الكربون السائل في كوب دون تبخيره على الفور، يمكن أن تتمايل فيه قطعة من الماس الصلب مثل مكعب الثلج في كوب من الماء.

إن معرفة كيفية تصرف الماس في مثل هذه الظروف القاسية أمر مهم أيضًا لفهم الكواكب الجليدية العملاقة أورانوس ونبتون. واستنادًا إلى قياسات المركبة الفضائية فوييجر 2 في أواخر الثمانينيات والتجارب المعملية على الأرض، يعتقد العلماء أنه حرفيًا تمطر قطعًا ضخمة من الماس داخل هذه الكواكب وأن دثارها قد يحتوي على محيطات من الكربون السائل مع ماس يطفو مثل الجبال الجليدية. ويعني البحث الجديد أن العلماء يمكنهم تقديم تنبؤات أفضل حول الأجزاء الداخلية للكواكب ودورات الكربون الخاصة بها.

تعرف على مقدار ما تعرفه عن الأحجار الكريمة من خلال موقعنا مسابقة الذهب والأحجار الكريمة!