Verdens kraftigste laser genskaber stof fra stjernernes indre

Hvad er det for noget underligt stof, der findes i hjertet af stjerner eller store gasplaneter?

Det spørgsmål er et internationalt hold af fysikere kommet et stort skridt nærmere at kunne besvare, efter at de som de første i verden har skabt to millioner grader varmt stof under stærkt kontrollerede forhold. Eksperimentet fandt sted ved SLAC National Accelerator Laboratory ved U.S Departement of Energy.

Bedriften har fået spalteplads i det højtprofilerede tidsskrift Nature.

»LCLS røntgenlaseren er i sandhed en bemærkelsesværdig maskine. At kunne fremstille ekstremt varmt tæt stof er en vigtig forudsætning for at kunne teste mange hypoteser om, hvad der findes i det indre af solsystemets store planeter såvel som fjerne stjerner,« siger projektets leder Sam Vinko, der er postdoc i fysik ved Oxford University.

Laserstråle bombarderede aluminiumsfolie

Fysikerne benyttede sig af SLACs nye Linac Coherent Light Sourche, hvis lynhurtige laserpulser er en milliard gange mere lysstærke, end nogen anden røntgenkilde før den. Lyspulserne bombarderede et tyndt stykke aluminiumfolie, der dannede en glohed plasma af varmt tæt stof, som herefter blev yderligere opvarmet til to millioner grader celcius. Hele processen varede mindre end en billiontedel sekund.

Fysikere har længe været i stand til at skabe plasma ud fra gasser og undersøge det ved hjælp af lasere, men ingen har hidtil kunnet gøre det ud fra fast stof som et aluminiumfolie, fordi det ikke kan lade sig gøre at gennemtrænge dem ved hjælp af de laserstråler, man hidtil har kunnet frembringe.

Et højdepunkt i en forskerkarriere

LCLS-laserens ultrakortbølgede røntgenlys er det første, der er i stand til at gennemtrænge faststof og skabe en ensartet sky af plasma. Skyen er lillebitte og fylder ikke mere end en tusindedel centimeter på hver side. I samme øjeblik, som plasmaen opstod, har laseren formået af undersøge plasmaen på kryds og tværs og dermed kortlægge dets egenskaber.

»De 60 timer, hvor vi målrettet gik efter at bruge LCLS til at skabe en plasma i laboratoriet, var de mest spændende timer i hele min forskerkarriere. Laseren vil uden tvivl komme til at revolutionere dette felt i de kommende år,« siger lederen af forskergruppen Justin Wark, der er fysiker på Oxford Universitet.

Høj tæthed er alfa og omega

De nye resultater bliver hilst velkommen af lektor i eksperimentel partikelfysik Ian Bearden fra Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet.

»De har tilsyneladende opnåede en vigtig milepæl på vej mod at lave en ‘inertial confinement’ fusion reactor. Deres resultater også ser ud til at vise, at deres teoretiske modeller i rimelig grad er i stand til at beskrive processen,« siger Ian Bearden.

På Institut for Fysik og Astronomi på Aarhus Universitet har lektor og doktor i fysik Ulrik Uggerhøj også skimmet artiklen i Nature.

»Det springende punkt i eksperimentet er, at de ved at bruge faststof i form af et aluminimumsfolie nu kan skabe et plasma med en tilstrækkelig høj tæthed,« fortæller Ulrik Uggerhøj.

Pressemeddelelsen lugter af reklame

Ulrik Uggerhøj kaster sig ud i en længere forklaring:

Fysikerne vil gerne skabe et plasma, der er i nærheden af en tilstand, som forefindes i midten af stjernerne. En gas kan ikke bruges, da den ikke har en tilstrækkelig høj tæthed.

Den eneste vej frem er at starte med en tilstand, som allerede har en høj tæthed, og det skal gøres så hurtigt, at det ikke når at eksplodere undervejs. Plasmaet skal forblive i en ekstremt tætpakket tilstand samtidigt med, at man varmer det op. Herefter kan man teste plasmaets tilstand for at se, om den stemmer overens med de teoretiske tilstandsligninger.

»Forskerne mener, at de med dette eksperiment demonstrerer, at sådanne forsøg er inden for rækkevidde, og det kan meget vel være. Men det er helt sikkert, at der i denne pressemeddelelse også er et element af reklame. Og det ser man i højere og højere grad, at de store forskningsinstitutioner bruger flere kræfter på at reklamere for sig selv. Men derfor er der selvfølgelig stadig videnskabeligt hold i det. Ellers ville det ikke være kommet i Nature,« slutter Ulrik Uggerhøj.