Un equipo del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore comprimió muestras diminutas de diamante hasta fundirlas y ubicó su punto de fusión en 7.300 kelvin, a una presión cercana a un terapascal. El resultado, publicado en la revista Nature Physics, cerró un desacuerdo entre los experimentos y la teoría que resistía desde hacía unos veinte años.
La medición quedó más de 1.000 grados por debajo de la estimación experimental anterior. Y esta vez sí coincidió con los cálculos teóricos basados en mecánica cuántica.
Hace unos veinte años, el científico del LLNL Jon Eggert y sus colegas ya habían notado ese comportamiento del carbono bajo presiones extremas: el líquido resultante era más denso que el diamante sólido, que quedaba flotando en él como el hielo en el agua. Desde entonces, ningún modelo lograba reproducir las temperaturas de fusión, con una brecha de alrededor del 20% entre lo observado y lo predicho.
Marius Millot, físico del LLNL y autor del trabajo, resumió el problema: «No importaba lo que hicieran los teóricos: ni siquiera con las técnicas de simulación por computadora más avanzadas lograban reproducir los experimentos».
El grupo comprimió el diamante con ondas de choque en el láser Omega de la Universidad de Rochester, en Estados Unidos, y midió con difracción de rayos X la estructura atómica del material hasta el instante mismo de la fusión. Las presiones alcanzadas fueron de entre 600 gigapascales y 1,8 terapascales, y los estados extremos duraron apenas una milmillonésima de segundo.
«Pudimos tomar diminutas muestras de diamante y comprimirlas por choque a temperaturas más calientes que la superficie del Sol y a presiones más altas que el centro de Neptuno y Urano, y aún así medir la estructura atómica, la temperatura, la densidad y la reflectividad óptica», dijo Millot.
Los resultados pueden llevarse a los modelos del interior de ambos planetas, donde se postula una lluvia de diamantes. El diamante conservó su estructura cristalina habitual hasta fundirse, sin que apareciera de forma sustancial la fase BC8 que preveían algunos modelos.
El trabajo lo firman, además de Millot y Eggert, Federica Coppari, Amy Lazicki, Yong-Jae Kim, Otto Landen, Vladimir Smalyuk y Peter Celliers, entre otros autores. En el estudio participaron también los Laboratorios Nacionales Sandia y el Laboratorio de Energética Láser de la Universidad de Rochester.
Según el LLNL, ajustar el diseño de las implosiones de fusión por confinamiento inercial con estos datos podría triplicar la ganancia energética, al optimizar los primeros choques sobre la cápsula de diamante. El próximo paso del equipo es usar la Instalación Nacional de Ignición (NIF) para estudiar el comportamiento del diamante en condiciones extremas y afinar cómo responde la cápsula durante las etapas de la implosión.