ANGAHEWA MILIONI MOJA JUU YA MEZA YA MAABARA

Shinikizo la megabar moja — gigapaskali 100, takriban mara milioni moja ya shinikizo la angahewa — huandika upya kanuni za maada. Linaweza kugeuza vihami kuwa metali, yabisi isiyo na umbo maalum kuwa fuwele, vitu vinavyoathirika kwa urahisi kuwa visivyoathirika. Kubana sampuli polepole kati ya fuawe za almasi kunawezekana kwa maabara moja ya chuo kikuu. Kufikia megabar kwa mawimbi ya mshtuko ni jambo jingine: kunategemea hasa leza za daraja la kilojuli au bunduki za gesi zinazorusha makombora, katika maabara za kitaifa na vituo vikubwa vinavyoweza kufanya mirusho michache kwa saa, au kwa siku.

Pete za mwanga zinazokusanya mshtuko

Kikundi cha Keith Nelson katika Taasisi ya Teknolojia ya Massachusetts, pamoja na wenzao katika Maabara ya Utafiti ya Jeshi, Chuo Kikuu cha Rennes, Chuo Kikuu cha Massachusetts Amherst na Maabara ya Kitaifa ya Lawrence Livermore, walianzia kwenye mbinu inayojulikana. Kuunda mpigo wa leza kuwa pete kwa axicon, prizimu yenye umbo la koni, na kuuelekeza kwenye tabaka la kimiminika lenye unene wa makumi machache ya mikroni. Pete iliyomulikwa hugeuka mvuke na kuanzisha wimbi la mshtuko linalokusanyika kuelekea katikati. Linapojibana katika ujazo mdogo zaidi na zaidi, shinikizo lake hupanda kwa kasi. Peke yake, mbinu hii ilikuwa imefikia makumi ya gigapaskali.

Wazo jipya ni kurusha pete kadhaa, moja baada ya nyingine: pana zaidi kwanza, kisha ndogo zaidi, zikitenganishwa na nanosekunde chache. Ukubwa wa pete na ucheleweshaji hurekebishwa ili kila pete mpya iwake hasa mahali ambapo wimbi la mshtuko linalokusanyika linapita — sharti la “kulinganisha kasi” (speed matching). Kisha kila pete huongeza msukumo wake kwenye uso uleule wa mshtuko badala ya kuanzisha mwingine tofauti.

Mipigo minne kutoka leza moja

Leza moja (nm 1,064, mipigo ya pikosekunde 200, upeo wa millijuli 100) hugawanywa katika mipigo minne iliyocheleweshwa kwa takriban nanosekunde 10 kila mmoja, na kila mmoja hupita kwenye jozi yake ya axicon. Kwenye sampuli, pete zina nusukipenyo cha mikromita 169, 134, 105 na 75; ucheleweshaji uliopimwa kati yake ulikuwa nanosekunde 11.1, 10.7 na 9.2. Lengo ni tabaka la maji la mikromita 25 lililotiwa giza kwa 5% ya wino mweusi wa kibiashara (chembe-nano za kaboni), lililobanwa kati ya madirisha mawili ya safaya.

Kamera ya michirizi (streak camera) hufuatilia mshtuko kando ya mstari unaopita katikati. Kwa pete moja, hufika kitovu baada ya takriban nanosekunde 62. Kwa kila pete inayoongezwa, safari ya mikromita 160 hivi za mwisho hufupika: mshtuko unakwenda kasi zaidi, kwa hiyo una nguvu zaidi. Kifaa kilirusha takriban mrusho mmoja kwa dakika, kikizuiliwa na kuhamisha sampuli kwa mkono; mirusho takriban 1,000 yenye manufaa ilichukuliwa.

Gigapaskali 400 — zimekokotolewa, bado hazijapimwa

Shinikizo lenyewe halijapimwa. Timu iliendesha uigaji wa haidrodainamiki kwa ukubwa uleule wa pete na ucheleweshaji uleule, ikirekebisha kigezo kimoja tu — nishati ambayo kila pete inaweka kweli — hadi njia ya mshtuko iliyoigwa ilipolingana na ile iliyopimwa. Ulinganifu bora ulipatikana kwa takriban millijuli 2 kwa kila pete, kati ya 4.5 zilizoingia. Kisha uigaji unatoa hali karibu na kitovu: zaidi ya gigapaskali 400 kwa umbali wa mikromita 1 kutoka katikati, msongamano wa gramu 4 kwa sentimita ya ujazo na takriban kelvini 5,700.

Faida ni zaidi ya kujumlisha. Katika uigaji, pete nne zikirushwa kila moja peke yake zingefikia vilele vya shinikizo vinavyojumlisha gigapaskali 280 tu; zikirushwa mfululizo, zinafikia takriban 420. Waandishi wanalinganisha kilele cha shinikizo dhidi ya idadi ya pete kwa mkunjo wa kifenomenolojia, P = a·exp(N/b) + c, na wanasisitiza kwamba ni maelezo ndani ya wigo mdogo uliochunguzwa, si sheria ya kila mahali.

Kipengele kimoja cha ajabu bado hakijaelezwa. Kabla mshtuko haujafika, katikati ya sampuli hutiwa giza, takriban nanosekunde 30 baada ya leza kurushwa — kasi inayolingana na mawimbi ya Rayleigh ndani ya safaya. Chanzo chake kimeachwa kwa kazi za baadaye.

Maandishi madogo

Waandishi wenyewe wanaeleza mipaka kwa uwazi. Dai la megabar linategemea uigaji, si kipimo cha moja kwa moja cha shinikizo. Milinganyo ya hali iliyotumika kwa maji na safaya inatoka kwenye ripoti za ndani za Livermore, si vyanzo vya umma vilivyopitiwa na wataalamu, kwa hiyo kipimo kamili cha shinikizo hakiwezi kuhakikiwa kwa kujitegemea. Ulinganishaji unatumia kigezo kimoja huru na mrusho wenye nguvu zaidi, na uigaji unachukulia ulinganifu kamili wa duara; timu inakadiria kitovu halisi kuwa chini ya mikromita 5, na uigaji bado unatoa shinikizo la megabar kwa mikromita 5 kutoka katikati.

Hatua inayofuata ni kupima kitovu moja kwa moja, kwa mfano kwa eksirei zinazofichua msongamano wa sampuli. Waandishi pia wanaona nafasi ya kukua: pete zaidi, nishati zaidi, mgawanyo wenye busara zaidi wa nishati hiyo kati ya pete — na, kwa kuvuruga makusudi muda wa pete, msururu wa mishtuko laini zaidi inayoweza kubana maada huku ikiipasha joto kidogo.