El láser más grande del mundo** (el de mayor energía por pulso, 2 megajulios), que se encuentra en el NIF (National Ignition Facility), se ha usado para comprimir un nanocristales de diamante hasta un presión de 5 billones de pascales (TPa). Una presión de 5 TPa es similar a la del centro de Saturno, unas 14 veces la presión que hay en el centro de la Tierra. La temperatura alcanzada no se pude medir y debe ser estimada mediante modelos teóricos. Los 176 haces láser han aportado una potencia pico de 2,2 TW durante 0,02 ns y han permitido observar la evolución del cristal de diamante durante 22 ns.

¿Para qué se realiza este estudio? La idea es determinar la ecuación de estado de la materia en el interior de los planetas y de los exoplanetas. Aunque todavía quedan muy lejos los exoplanetas gigantes cuyo centro puede alcanzar presiones de petapascales (mil terapascales), los nuevos datos permiten estudiar los llamados mundos de carbono, como el exoplaneta 55 Cancri e, conocido como el planeta de diamante. Esta supertierra (8 masas terrestres con un radio doble del terrestre) podría tener un interior rico en carbono (una corteza de carburos y grafito, un manto de diamante, un núcleo externo de silicatos y un núcleo interno de hierro). Se estima que la presión en su centro es de unos 0,8 TPa, bastante por debajo de los 5 TPa alcanzados en el NIF.

El artículo técnico es R. F. Smith et al., «Ramp compression of diamond to five terapascals,» Nature 511: 330–333, 17 Jul 2014. Recomiendo leer también a Chris J. Pickard, Richard J. Needs, «High-pressure physics: Piling on the pressure,» Nature 511: 294–295, 17 Jul 2014. Y sobre también a Daniel Marín, «55 Cancri e, el planeta de diamante,» Eureka, 11 Oct 2014.

Esta figura muestra la curva experimental densidad/presión medida con los datos del NIF, así como su comparación con ciertas estimaciones teóricas. Como se observa se han alcanzado 5 TPa para una densidad de 12 g/cm³ en una de diamante sintético de 50 µm de grosor recubiera de una capa de 10 µm de oro. El diamante sintético está formado por granos de cristales de diamante con tamaño medio de 200 nm.

Esta figura compara la nueva curva de estado para el diamante a alta presión con el interior de los núcleos de los planetas gigantes. Como se observa, todavía queda bastante para poder medir en un laboratorio de la Tierra las condiciones del interior de todos los planetas gigantes del Sistema Solar. Sin embargo, las nuevas medidas son un gran aporte para afinar los modelos teóricos.

** [17 Jul 2014] Álvaro Peralta, aka @ribap, nos aclara en Twitter que «Definir un láser como el más grande del mundo es impreciso ;-). Los láseres del NIF son los que mayor energía tienen por pulso, pero en términos de intensidad pico son bajos. En el NIF se apostó por pulsos largos, ps y ns, alcanzando pocos TW de potencia pico. En pulsos ultracortos (fs), la intensidad pico puede alcanzar las centenas de TW o incluso el PW de forma accesible hoy en día. VEGA, el sistema de PW que se instalará en el CLPU en Salamanca, tiene 3 salidas de 20 TW, 200 TW y 1 PW con pulsos en el orden de pocas decenas de fs de duración temporal.» Más información divulgativa en «El noveno láser más potente del mundo se instalará en Salamanca,» DICYT, 16 Jul 2014.