คลื่นกระแทกที่ขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์จะสร้างสภาพแวดล้อมใต้พิภพขึ้นมาใหม่

คลื่นกระแทกที่ขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์จะสร้างสภาพแวดล้อมใต้พิภพขึ้นมาใหม่

เทคนิคที่จำลองสภาพของเนื้อโลกที่ระดับความลึกมากกว่า 2,000 กม. สามารถช่วยนักวิจัยจำลองยุคแรกเริ่มของโลกเมื่อแมกมาปกคลุมพื้นผิว เทคนิคนี้ซึ่งรวมการทดลองช็อตที่ขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์เข้ากับการวัดด้วยเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระด้วยรังสีเอกซ์ ให้ข้อมูลความละเอียดระดับนาโนวินาทีเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในวัสดุซิลิเกตที่ความดันและอุณหภูมิสูงพิเศษ งานนี้เพิ่มความเข้าใจ

ของเรา

เกี่ยวกับขอบเขตแกนกลางและเนื้อโลกในปัจจุบัน และอาจทำให้เข้าใจสภาพภายใน “ซุปเปอร์เอิร์ธ” ซึ่งเป็นดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่มีหินคล้ายกับโลกแต่มีขนาดใหญ่กว่า ดาวเคราะห์บนพื้นโลกเช่นโลกมีเนื้อแมนเทิลเป็นส่วนประกอบของซิลิเกตและแกนกลางที่อุดมด้วยธาตุเหล็ก

คิดว่าโครงสร้างนี้เป็นผลมาจากกระบวนการสร้างความแตกต่างของวัสดุต่างๆ ที่เกิดขึ้นในช่วงแรกของการพัฒนาดาวเคราะห์ รวมถึงการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสีของนิวไคลด์อายุสั้นและเหตุการณ์ช็อกมากมาย กระบวนการเหล่านี้ร่วมกันสร้างอุณหภูมิสูงพอที่จะรักษามหาสมุทรแมกมา

ทั่วทั้งดาวเคราะห์เพื่อให้เข้าใจสิ่งที่เกิดขึ้นในช่วงเวลานี้ในประวัติศาสตร์ของโลกและดาวเคราะห์หินดวงอื่นๆ ได้ดียิ่งขึ้น นักวิจัยจำเป็นต้องวิเคราะห์คุณสมบัติทางกายภาพของซิลิเกตเหลวภายใต้สภาวะที่คล้ายคลึงกัน การศึกษาดังกล่าวสามารถช่วยระบุองค์ประกอบและที่มาของโดเมนที่หลอมเหลว

หรือบางส่วนที่หลอมเหลวของซิลิเกตเหลวที่มีอยู่ในเนื้อโลกส่วนบนของโลกในปัจจุบัน และอาจอยู่ที่รอยต่อระหว่างเนื้อโลกกับแกนแมกมาติก ซึ่งเป็นร่องรอยของยุคดึกดำบรรพ์เหล่านั้น เลิกใช้อุปกรณ์สุดโหดอุณหภูมิที่สูงถึง 6,000 K และความดันมากกว่า 100 GPa นั้นสร้างได้ยากในห้องปฏิบัติการ 

ด้วยเหตุนี้ นักวิจัยในฝรั่งเศส ร่วมกับเพื่อนร่วมงาน กระทรวงพลังงานสหรัฐฯได้พัฒนาวิธีการทางเลือกที่ช่วยขจัดความจำเป็นในการใช้อุปกรณ์ที่มีความดันสูงพิเศษ/อุณหภูมิสูงมาก . เทคนิคใหม่เกี่ยวข้องกับการส่งคลื่นกระแทกผ่านตัวอย่างแมกนีเซียมซิลิเกตอสัณฐานก่อนโดยใช้เลเซอร์ออปติก 

ขั้นตอนนี้

ดำเนินการที่ เลเซอร์เอ็กซ์เรย์อิเล็กตรอนอิสระ (XFEL) บีบอัดตัวอย่างให้มีความดันสูงถึง 130 GPa และให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 6,000 เค กระจกซิลิเกตจะเปลี่ยนเป็นของเหลว จากนั้น พวกเขาระดมยิงตัวอย่างด้วยพัลส์เอ็กซ์เรย์เฟมโตวินาทีที่เร็วมากจาก LCLS ในจังหวะที่แม่นยำเมื่อคลื่นกระแทก

ถึงความดันและอุณหภูมิที่ต้องการ รังสีเอกซ์เหล่านี้สร้างจุดพีคของการเลี้ยวเบนที่แม่นยำ 2 จุดขณะที่พวกมันกระจัดกระจายออกจากตัวอย่าง ทำให้นักวิจัยสามารถตรวจสอบได้ว่าอะตอมในตัวอย่างมีการจัดเรียงตัวเองใหม่อย่างไรที่ความดันและอุณหภูมิสูงเช่นนี้ ลายนิ้วมือสเปกตรัมที่เกิดขึ้นนั้นเกี่ยวข้อง

กับการเปลี่ยนจากการประสานสี่เท่าเป็นหกเท่าของอะตอมออกซิเจนรอบ ๆ อะตอมของซิลิคอนนอกเหนือจากการจัดเรียงอะตอมใหม่นี้ นักวิจัยไม่เห็นการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่สำคัญอื่นใดในการหลอมละลายของซิลิเกตที่ความดันสูงถึง 130 GPa ซึ่งเป็นการค้นพบที่มีความสำคัญ

ทีมงานสนับสนุนผลลัพธ์ของพวกเขาด้วยการวัดที่ได้รับก่อนหน้านี้ในการวิเคราะห์ทั่งเพชรแบบดั้งเดิม ซึ่งตัวอย่างที่เป็นของแข็งซิลิเกตจะถูกบดขยี้ด้วยความดันสูงที่อุณหภูมิห้อง และการจำลองไดนามิกของโมเลกุล สร้างวันแรกของโลกขึ้นมาใหม่“จากการทดลองของเรา เราสามารถสำรวจวัสดุธรณีฟิสิกส์

ที่อุณหภูมิและความดันสูงมากที่อยู่ลึกลงไปภายในโลก เพื่อระบุลักษณะของโครงสร้างของเหลวและเรียนรู้ว่าพวกมันมีพฤติกรรมอย่างไร” ผู้เขียนนำการศึกษาอธิบาย “การศึกษาเหล่านี้จะช่วยให้เราสร้างโลกยุคแรกๆ ขึ้นมาใหม่ และเข้าใจกระบวนการที่ก่อร่างสร้างโลกของเรา”

ขณะนี้

นักวิจัยวางแผนที่จะทำการทดลองซ้ำที่พลังงานรังสีเอกซ์ที่สูงขึ้น ซึ่งจะช่วยให้สามารถวัดวิธีการจัดเรียงอะตอมในซิลิเกตเหลวได้แม่นยำยิ่งขึ้น พวกเขายังหวังว่าจะได้ลองใช้แรงดันและอุณหภูมิที่สูงขึ้น “การศึกษาครั้งหลังนี้จะมีความสำคัญต่อความเข้าใจที่ดีขึ้นว่าของเหลวและแก้วซิลิเกต

ความสำคัญของผลลัพธ์นี้คือระบบสามารถปรับขนาดเป็น qubits จำนวนมากได้ อย่างน้อยในหลักการ และเป็นขั้นตอนแรกสู่การนำคอมพิวเตอร์ควอนตัมกับดักไอออนไปใช้จริง สิ่งนี้ตรงกันข้ามกับการทดลองก่อนหน้านี้ซึ่งโดยทั่วไปแล้วสถานะที่พัวพันจะเกิดขึ้นผ่านกระบวนการสุ่ม เพื่อสร้างการพัวพัน 

เช่นเดียวกับในกรณีของโฟตอนลดหลั่น หรือโดยการเลือกสถานะที่เหมาะสมจากตัวอย่างการทดลองที่ใหญ่กว่า ผลลัพธ์ล่าสุดจากระบบควอนตัมซึ่งอาศัยนิวเคลียสแมกเนติกเรโซแนนซ์ในตัวอย่างจำนวนมากได้แสดงให้เห็นการพัวพันของการหมุนของอนุภาค แต่สิ่งเหล่านี้สอดคล้องกับการเลือกสถานะบริสุทธิ์

หลอกจากชุดระบายความร้อน สัญญาณจึงลดลงอย่างทวีคูณตามจำนวนการหมุนที่เพิ่มขึ้นจากความคืบหน้าของการทดลองที่ NIST และที่อื่น ๆ ดูเหมือนว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมกับดักไอออนที่มีความจุสูงถึง 10 คิวบิตจะถูกสร้างขึ้นในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ระบบเหล่านี้จะเป็นสนามเด็กเล่น

สำหรับการทดสอบพื้นฐานยุคใหม่สำหรับกลศาสตร์ควอนตัม และจะอนุญาตให้มีการสาธิตองค์ประกอบพื้นฐานที่จำเป็นสำหรับการคำนวณด้วยควอนตัม เช่น การแก้ไขข้อผิดพลาด นอกจากนี้ ควรเป็นไปได้ที่จะสร้างเครือข่ายคอมพิวเตอร์ควอนตัมกับดักไอออนขนาดเล็กหลายเครื่องเข้าด้วยกัน

ผ่านช่องแสงที่เชื่อมต่อด้วยไฟเบอร์ สิ่งนี้แสดงให้เห็นสถานการณ์ของการคำนวณควอนตัมแบบกระจายบนเครือข่ายแม้ว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่จะอยู่ในอนาคตอันไกล แต่คอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดเล็กเหล่านี้จะจัดหาฮาร์ดแวร์ที่จำเป็นทั้งหมดสำหรับการสื่อสารด้วยควอนตัม 

credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์