یک میلیون اتمسفر روی میز آزمایشگاه
فشاری برابر یک مگابار — 100 گیگاپاسکال، تقریباً یک میلیون برابر فشار جو — قواعد ماده را از نو می‌نویسد. می‌تواند نارساناها را به فلز، جامدهای بی‌شکل را به بلور و مواد واکنش‌پذیر را به مواد بی‌اثر تبدیل کند. فشردن آرام نمونه‌ها میان سندان‌های الماسی در دسترس یک آزمایشگاه دانشگاهی است. رسیدن به مگابار با موج‌های ضربه‌ای (shock waves) داستان دیگری است: عمدتاً به لیزرهای ردهٔ کیلوژول یا تفنگ‌های گازیِ پرتابه‌انداز متکی است، در آزمایشگاه‌های ملی و تأسیسات بزرگی که در هر ساعت، یا در هر روز، تنها چند شلیک انجام می‌دهند.
حلقه‌های نوری که یک ضربه را متمرکز می‌کنند
گروه کیت نلسون (Keith Nelson) در مؤسسهٔ فناوری ماساچوست (MIT)، همراه با همکارانی در آزمایشگاه پژوهشی ارتش آمریکا، دانشگاه رن، دانشگاه ماساچوست امهرست و آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور، از ترفندی شناخته‌شده آغاز کرد. یک تپ لیزر را با اکسیکون (axicon)، منشوری مخروطی‌شکل، به شکل حلقه درآورید و آن را روی لایه‌ای مایع به ضخامت چند ده میکرون متمرکز کنید. حلقهٔ روشن‌شده تبخیر می‌شود و موج ضربه‌ای به راه می‌اندازد که به سوی مرکز همگرا می‌شود. هرچه در حجمی کوچک‌تر و کوچک‌تر جمع شود، فشارش تندتر بالا می‌رود. این روش به‌تنهایی به ده‌ها گیگاپاسکال رسیده بود.
ایدهٔ تازه شلیک چند حلقه، یکی پس از دیگری است: نخست پهن‌ترین، سپس کوچک‌ترها، با فاصلهٔ چند نانوثانیه. اندازهٔ حلقه‌ها و تأخیرها چنان تنظیم می‌شوند که هر حلقهٔ تازه درست جایی روشن شود که ضربهٔ همگرا در حال گذر است — شرطی به نام «تطبیق سرعت». آنگاه هر حلقه به‌جای راه‌اندازی ضربه‌ای جداگانه، فشار خود را به همان جبههٔ ضربه می‌افزاید.
چهار تپ از یک لیزر
یک لیزر (1,064 نانومتر، تپ‌های 200 پیکوثانیه‌ای، حداکثر 100 میلی‌ژول) به چهار تپ با تأخیر حدوداً 10 نانوثانیه تقسیم می‌شود و هر تپ از جفت اکسیکون خودش می‌گذرد. روی نمونه، شعاع حلقه‌ها 169، 134، 105 و 75 میکرومتر است؛ تأخیرهای اندازه‌گیری‌شده میانشان 11.1، 10.7 و 9.2 نانوثانیه بود. هدف، لایه‌ای 25 میکرومتری از آب است که با 5٪ جوهر سیاه تجاری (نانوذرات کربن) تیره شده و میان دو پنجرهٔ یاقوت کبود (سافایر) فشرده شده است.
یک دوربین رگه‌ای (streak camera) ضربه را در امتداد خطی که از مرکز می‌گذرد دنبال می‌کند. با یک حلقه، ضربه در حدود 62 نانوثانیه به کانون می‌رسد. با افزودن هر حلقه، پیمودن 160 میکرومتر پایانی کوتاه‌تر می‌شود: ضربه تندتر حرکت می‌کند، پس قوی‌تر است. این چیدمان حدود یک شلیک در دقیقه انجام می‌داد که جابه‌جا کردن دستی نمونه آن را محدود می‌کرد؛ نزدیک به 1,000 شلیک مفید ثبت شد.
400 گیگاپاسکال — محاسبه‌شده، هنوز نه اندازه‌گیری‌شده
خود فشار اندازه‌گیری نمی‌شود. گروه شبیه‌سازی‌های هیدرودینامیکی با همان اندازهٔ حلقه‌ها و تأخیرها اجرا کرد و تنها یک پارامتر — انرژی‌ای که هر حلقه واقعاً بر جا می‌گذارد — را تنظیم کرد تا مسیر ضربهٔ شبیه‌سازی‌شده با مسیر اندازه‌گیری‌شده جور شود. بهترین تطابق در حدود 2 میلی‌ژول برای هر حلقه، از 4.5 میلی‌ژول تابیده، به دست آمد. آنگاه شبیه‌سازی شرایط نزدیک کانون را می‌دهد: بیش از 400 گیگاپاسکال در 1 میکرومتری مرکز، چگالی 4 گرم بر سانتی‌متر مکعب و حدود 5,700 کلوین.
بهره بیش از جمع ساده است. در شبیه‌سازی‌ها، چهار حلقه اگر جداگانه شلیک شوند به فشارهای اوجی می‌رسند که روی‌هم فقط 280 گیگاپاسکال می‌شود؛ اگر پیاپی شلیک شوند، به حدود 420 می‌رسند. نویسندگان فشار اوج را بر حسب تعداد حلقه‌ها با یک منحنی پدیده‌شناختی، P = a·exp(N/b) + c، برازش می‌کنند و تأکید دارند که این توصیفی در محدودهٔ کوچکِ بررسی‌شده است، نه قانونی جهان‌شمول.
جزئیاتی عجیب بی‌توضیح می‌ماند. پیش از رسیدن ضربه، حدود 30 نانوثانیه پس از شلیک لیزر، مرکز نمونه تیره می‌شود — سرعتی که با موج‌های ریلی (Rayleigh) در یاقوت کبود جور درمی‌آید. منشأ آن به کارهای آینده واگذار شده است.
ریزه‌کاری‌ها
نویسندگان خود محدودیت‌ها را روشن بیان می‌کنند. ادعای مگابار بر شبیه‌سازی تکیه دارد، نه بر سنجش مستقیم فشار. معادلات حالتِ به‌کاررفته برای آب و یاقوت کبود از گزارش‌های داخلی لیورمور آمده‌اند، نه از منابع عمومی داوری‌شده؛ بنابراین مقیاس مطلق فشار را نمی‌توان به‌طور مستقل بررسی کرد. برازش از یک پارامتر آزاد و قوی‌ترین شلیک استفاده می‌کند و شبیه‌سازی‌ها تقارن دایره‌ای کامل را فرض می‌کنند؛ گروه برآورد می‌کند که لکهٔ کانونی واقعی کمتر از 5 میکرومتر است، و شبیه‌سازی همچنان در 5 میکرومتری مرکز فشارهای مگاباری می‌دهد.
گام بعدی اندازه‌گیری مستقیم کانون است، برای نمونه با پرتوهای ایکس که چگالی نمونه را آشکار می‌کنند. نویسندگان جای رشد هم می‌بینند: حلقه‌های بیشتر، انرژی بیشتر، تقسیم هوشمندانه‌تر این انرژی میان حلقه‌ها — و با برهم زدن عمدی زمان‌بندی حلقه‌ها، رشته‌ای از ضربه‌های ملایم‌تر که بتوانند ماده را بفشارند و در عین حال کمتر گرمش کنند.