Fysik med hög energitäthet
High-energy-density physics (HEDP) är ett nytt underområde inom fysiken som skär kondenserad materiens fysik , kärnfysik , astrofysik och plasmafysik . Det har definierats som materiens och strålningens fysik vid energidensiteter som överstiger cirka 100 GJ/m^3.
Vetenskapen om hög energidensitet (HED) inkluderar studiet av kondenserad materia vid tätheter som är gemensamma för gigantiska planeters djupa inre, och heta plasmor som är typiska för stjärnors inre. Detta multidisciplinära fält ger en grund för att förstå en mängd olika astrofysiska observationer och förstå och i slutändan kontrollera fusionsregimen. Närmare bestämt termonukleär antändning genom tröghetsinneslutning i laboratoriet – såväl som övergången från planeter till bruna dvärgar och stjärnor i naturen – via HED-regimen. Ett brett utbud av nya och framväxande experimentella funktioner ( National Ignition Facility (NIF), Jupiter Laser Facility (JLF), etc.) tillsammans med strävan mot Exascale Computing hjälper till att göra denna nya vetenskapliga gräns rik på upptäckter.
HED-domänen definieras ofta av en energitäthet (tryckenheter ) över 1 Mbar = 100 GPa ~ 1 miljon atmosfär . Detta är jämförbart med energitätheten för en kemisk bindning som i en vattenmolekyl. Så vid 1 Mbar förändras kemin som vi känner den. Experiment på NIF undersöker nu rutinmässigt betydelse vid 100 Mbar. Vid dessa "atomtryck"-förhållanden är energitätheten jämförbar med den för de inre kärnelektronerna, så själva atomerna förändras. Den täta HED-regimen inkluderar mycket degenererad materia, med interatomiskt avstånd mindre än de Broglie- våglängden. Detta liknar kvantregimen som uppnås vid låga temperaturer (t.ex. Bose–Einstein-kondensering ), men till skillnad från lågtemperaturanalogen undersöker denna HED-regim samtidigt interatomära separationer mindre än Bohr- radien . Detta öppnar en helt ny kvantmekanisk domän, där kärnelektroner - inte bara valenselektroner - bestämmer materialegenskaper och ger upphov till kärn-elektronkemi och en ny strukturell komplexitet i fasta ämnen. Potentiellt exotiskt elektroniskt, mekaniskt och strukturellt beteende av sådan materia inkluderar rumstemperatursupraledning , högdensitetselektrider , första ordningens vätske-vätskeövergångar och nya isolator-metallövergångar. Sådan materia är sannolikt ganska vanlig i hela universum och finns i de mer än 1000 nyligen upptäckta exoplaneterna .
HED-förhållanden vid högre temperaturer är viktiga för stjärnors födelse och död och för att kontrollera termonukleär fusion i laboratoriet. Ta som exempel födelsen och avkylningen av en neutronstjärna . Den centrala delen av en stjärna, ~8-20 gånger solens massa, smälter samman sin väg till järn och kan inte gå längre eftersom järn har den högsta bindningsenergin per nukleon av något element. När järnkärnan ackumuleras till ~1,4 solmassor, ger elektrondegenerationstrycket upp mot gravitationen och kollapsar . Inledningsvis svalnar stjärnan genom snabba utsläpp av neutriner . Det yttre Fe-ytskiktet (~10 9 K) ger upphov till spontan parproduktion och når sedan en temperatur där strålningstrycket är jämförbart med det termiska trycket och där det termiska trycket är jämförbart med coulomb-interaktioner .
Nya upptäckter inkluderar metalliskt flytande väte och superjoniskt vatten .