Експеримент з графітом заплутав ядерних фізиків

Їх досвід по нагріванню графіту до високих температур може привести до перегляду уявлень про життєвому циклі гігантських планет і зірок, а також дати нові знання про термоядерний синтез.

У своєму дослідженні вчені намагалися більше дізнатися про те, як енергія розподіляється між різними видами матерії, насамперед, як вона передається від сильно нагрітих електронів до холодних іонних остовам.

Різниця в температурах між гарячими електронами і охолодженими іонами повинна вирівнюватися дуже швидко, і час, який для цього необхідно, є хорошою мірою сили взаємодії між електронами та іонами. Ця взаємодія також визначає, наприклад, як тепло або випромінювання транспортується зсередини планети або зірки до її поверхні. Цей же процес має важливе значення і для ядерного синтезу, де електрони та іони нагріваються в процесі синтезу.

До цих пір всі експерименти з використанням прямого лазерного нагріву електронів та іонів були занадто неточними, спостерігалося постійне розбіжність спостережень і даних комп'ютерного моделювання. Найбільше вчені хотіли пояснити велику тривалість урівноваження температури в експериментах і списували це явище на недосконалість методик вимірювання.

Тепер команда вчених розробила методику проведення більш точних експериментів. Замість прямого нагрівання лазером вони використовували інтенсивні пучки протонів, які нагрівають виключно електрони, залишаючи іони охолодженими. Так, в ході експерименту електрони нагріли до 16730 градусів Цельсія, у той час як іони залишилися в межах кімнатної температури - 26 градусів Цельсія.

Учені чекали, що розрив між модельований взаємодією і спостереженнями зменшиться, однак всупереч їх очікуванням він навіть збільшився. Більш точний експеримент показує, що вирівнювання температур гарячих електронів і холодних іонів насправді йде в 3 рази повільніше, ніж показували попередні вимірювання, і більш ніж в 10 разів повільніше, ніж пророкувала математична модель.

Це означає, що основний процес електрон-іонного взаємодії до цих пір залишається погано вивченим. А оскільки він регулює багато властивостей матеріалів, дані результати мають широкі наслідки: від вдосконалення термоядерного синтезу, до розуміння розвитку астрофізичних об'єктів.