ஆய்வக மேசையில் பத்து லட்சம் வளிமண்டலங்கள்

ஒரு மெகாபார் அழுத்தம் — 100 கிகாபாஸ்கல், தோராயமாக வளிமண்டல அழுத்தத்தின் பத்து லட்சம் மடங்கு — பொருளின் விதிகளையே மாற்றி எழுதுகிறது. அது மின்கடத்தாப் பொருட்களை உலோகங்களாகவும், உருவமற்ற திண்மங்களைப் படிகங்களாகவும், வினைபுரியும் பொருட்களை மந்தமானவையாகவும் மாற்றக்கூடும். வைர அடைகற்களுக்கு (diamond anvils) இடையில் மாதிரிகளை மெதுவாக அழுத்துவது ஒரு பல்கலைக்கழக ஆய்வகத்தின் எட்டும் தூரத்தில் உள்ளது. அதிர்ச்சி அலைகள் (shock waves) மூலம் மெகாபாரை எட்டுவது வேறு கதை: அது பெரும்பாலும் கிலோஜூல் வகை லேசர்களையோ எறிபொருட்களைச் சுடும் வாயுத் துப்பாக்கிகளையோ சார்ந்துள்ளது — மணிக்கு, அல்லது நாளுக்கு, சில சுடுதல்களை மட்டுமே செய்யும் தேசிய ஆய்வகங்களிலும் பெரிய வசதிகளிலும்.

அதிர்ச்சியைக் குவிக்கும் ஒளி வளையங்கள்

மாசசூசெட்ஸ் தொழில்நுட்பக் கழகத்தில் (MIT) Keith Nelson-இன் குழு, அமெரிக்க இராணுவ ஆராய்ச்சி ஆய்வகம், ரென் பல்கலைக்கழகம், மாசசூசெட்ஸ் ஆம்ஹர்ஸ்ட் பல்கலைக்கழகம், லாரன்ஸ் லிவர்மோர் தேசிய ஆய்வகம் ஆகியவற்றின் சக ஆய்வாளர்களுடன் சேர்ந்து, அறியப்பட்ட ஒரு உத்தியிலிருந்து தொடங்கியது. கூம்பு வடிவப் பட்டகமான ஆக்சிகான் (axicon) மூலம் ஒரு லேசர் துடிப்பை வளைய வடிவமாக்கி, சில பத்து மைக்ரான் தடிமனுள்ள ஒரு திரவ அடுக்கின் மீது குவியுங்கள். ஒளிரும் வளையம் ஆவியாகி, மையத்தை நோக்கிக் குவியும் ஓர் அதிர்ச்சி அலையைக் கிளப்புகிறது. அது மேலும் மேலும் சிறிய கனஅளவுக்குள் சுருங்கும்போது, அதன் அழுத்தம் செங்குத்தாக ஏறுகிறது. தனியாக, இந்த அணுகுமுறை பத்துக்கணக்கான கிகாபாஸ்கலை எட்டியிருந்தது.

புதிய யோசனை: பல வளையங்களை, ஒன்றன்பின் ஒன்றாக பாய்ச்சுவது — முதலில் அகலமானது, பிறகு சிறியவை, சில நானோவினாடி இடைவெளியில். வளைய அளவுகளும் தாமதங்களும், குவியும் அதிர்ச்சி கடந்து செல்லும் அதே இடத்தில் ஒவ்வொரு புதிய வளையமும் ஒளிரும்படி சீரமைக்கப்படுகின்றன — இது ஒரு “வேகப் பொருத்த” (speed matching) நிபந்தனை. அப்போது ஒவ்வொரு வளையமும் தனி அதிர்ச்சியைக் கிளப்புவதற்குப் பதிலாக, அதே அதிர்ச்சி முகப்புக்குத் தன் உந்துதலைச் சேர்க்கிறது.

ஒரே லேசரிலிருந்து நான்கு துடிப்புகள்

ஒரே லேசர் (1,064 nm, 200 பிகோவினாடித் துடிப்புகள், அதிகபட்சம் 100 மில்லிஜூல்) ஒவ்வொன்றும் சுமார் 10 நானோவினாடி தாமதமுள்ள நான்கு துடிப்புகளாகப் பிரிக்கப்படுகிறது; ஒவ்வொன்றும் தனக்கென ஒரு ஜோடி ஆக்சிகான்கள் வழியே செல்கிறது. மாதிரியின் மீது வளையங்களின் ஆரங்கள் 169, 134, 105, 75 மைக்ரோமீட்டர்; அவற்றுக்கிடையே அளக்கப்பட்ட தாமதங்கள் 11.1, 10.7, 9.2 நானோவினாடி. இலக்கு, 5% வணிகக் கருப்பு மையால் (கார்பன் நானோதுகள்கள்) கருமையாக்கப்பட்டு, இரண்டு நீலக்கல் (sapphire) சாளரங்களுக்கு இடையே அழுத்தப்பட்ட 25 மைக்ரோமீட்டர் நீர் அடுக்கு.

ஒரு கோட்டுக் கேமரா (streak camera) மையத்தின் வழியே செல்லும் ஒரு கோட்டில் அதிர்ச்சியைப் பின்தொடர்கிறது. ஒரு வளையத்துடன், அது சுமார் 62 நானோவினாடியில் குவிமையத்தை அடைகிறது. சேர்க்கப்படும் ஒவ்வொரு வளையத்துடனும், கடைசி 160 மைக்ரோமீட்டர் அளவிலான பயணம் குறுகுகிறது: அதிர்ச்சி வேகமாகச் செல்கிறது, எனவே வலுவாக உள்ளது. மாதிரியைக் கையால் நகர்த்த வேண்டியிருந்ததால், இந்த அமைப்பு நிமிடத்துக்குச் சுமார் ஒரு சுடுதல் மட்டுமே செய்தது; சுமார் 1,000 பயனுள்ள சுடுதல்கள் எடுக்கப்பட்டன.

400 கிகாபாஸ்கல் — கணக்கிடப்பட்டது, இன்னும் அளக்கப்படவில்லை

அழுத்தமே அளக்கப்படவில்லை. அதே வளைய அளவுகள், தாமதங்களுடன் குழு நீரியக்க (hydrodynamic) உருவகப்படுத்தல்களை இயக்கியது; உருவகப்படுத்தப்பட்ட அதிர்ச்சிப் பாதை அளக்கப்பட்டதுடன் பொருந்தும் வரை ஒரே ஒரு அளவுருவை — ஒவ்வொரு வளையமும் உண்மையில் படியவைக்கும் ஆற்றலை — மாற்றியது. சிறந்த பொருத்தம், படும் 4.5 மில்லிஜூலில் வளையத்துக்குச் சுமார் 2 மில்லிஜூலில் கிடைத்தது. பிறகு உருவகப்படுத்தல் குவிமையத்துக்கு அருகிலுள்ள நிலைமைகளைத் தருகிறது: மையத்திலிருந்து 1 மைக்ரோமீட்டரில் 400 கிகாபாஸ்கலுக்கு மேல், கன சென்டிமீட்டருக்கு 4 கிராம் அடர்த்தி, சுமார் 5,700 கெல்வின்.

ஆதாயம் வெறும் கூட்டலைவிட அதிகம். உருவகப்படுத்தல்களில், நான்கு வளையங்களைத் தனித்தனியாகப் பாய்ச்சினால் அவற்றின் உச்ச அழுத்தங்களின் கூட்டுத்தொகை 280 கிகாபாஸ்கல் மட்டுமே; வரிசையாகப் பாய்ச்சினால் சுமார் 420-ஐ எட்டுகின்றன. ஆசிரியர்கள் வளைய எண்ணிக்கைக்கு எதிரான உச்ச அழுத்தத்தை ஒரு நிகழ்வியல் (phenomenological) வளைவு, P = a·exp(N/b) + c, மூலம் பொருத்துகின்றனர்; இது ஆராயப்பட்ட சிறிய வரம்புக்கான விவரிப்பு மட்டுமே, உலகளாவிய விதி அல்ல என்று வலியுறுத்துகின்றனர்.

ஒரு விசித்திரமான விவரம் விளக்கப்படாமல் உள்ளது. அதிர்ச்சி வருவதற்கு முன்பே, லேசர் பாய்ச்சப்பட்டு சுமார் 30 நானோவினாடியில், மாதிரியின் மையம் கருமையாகிறது — இது நீலக்கல்லில் உள்ள Rayleigh அலைகளுக்குப் பொருந்தும் வேகம். அதன் தோற்றம் எதிர்கால ஆய்வுக்கு விடப்பட்டுள்ளது.

நுண்ணிய விவரங்கள்

ஆசிரியர்களே வரம்புகளைத் தெளிவாகக் கூறுகின்றனர். மெகாபார் கூற்று உருவகப்படுத்தலைச் சார்ந்துள்ளது, நேரடி அழுத்த அளவீட்டை அல்ல. நீருக்கும் நீலக்கல்லுக்கும் பயன்படுத்தப்பட்ட நிலைச் சமன்பாடுகள் (equations of state) பொதுவில் கிடைக்கும் சக மதிப்பாய்வு செய்யப்பட்ட மூலங்களிலிருந்து அல்ல, லிவர்மோரின் உள் அறிக்கைகளிலிருந்து வருகின்றன; எனவே முழுமையான அழுத்த அளவைச் சுயாதீனமாகச் சரிபார்க்க முடியாது. பொருத்தம் ஒரே ஒரு கட்டற்ற அளவுருவையும் வலுவான சுடுதலையும் பயன்படுத்துகிறது; உருவகப்படுத்தல்கள் சரியான வட்டச் சமச்சீரை அனுமானிக்கின்றன. உண்மையான குவிப்புள்ளி 5 மைக்ரோமீட்டருக்குக் குறைவு என்று குழு மதிப்பிடுகிறது; மையத்திலிருந்து 5 மைக்ரோமீட்டரிலும் உருவகப்படுத்தல் மெகாபார் அழுத்தங்களைத் தருகிறது.

அடுத்த படி, குவிமையத்தை நேரடியாக அளப்பது — எடுத்துக்காட்டாக, மாதிரியின் அடர்த்தியை வெளிப்படுத்தும் X-கதிர்கள் மூலம். ஆசிரியர்கள் வளர்ச்சிக்கும் இடம் காண்கின்றனர்: அதிக வளையங்கள், அதிக ஆற்றல், அந்த ஆற்றலை வளையங்களுக்கிடையே புத்திசாலித்தனமாகப் பகிர்வது — மேலும், வளையங்களின் நேரத்தை வேண்டுமென்றே பிறழ வைப்பதன் மூலம், பொருளைக் குறைவாகச் சூடாக்கியபடி அழுத்தக்கூடிய மென்மையான அதிர்ச்சிகளின் ஒரு தொடர்.