Energitätheten i centrum av en stjärna är högre än vi kan föreställa oss - många miljarder atmosfärer, jämfört med den 1 atmosfär av tryck vi lever med här på jordens yta.

Dessa extrema förhållanden kan bara återskapas i laboratoriet genom fusionsexperiment med världens största lasrar, som är lika stora som arenor. Nu, forskare har genomfört ett experiment vid Colorado State University som erbjuder en ny väg för att skapa sådana extrema förhållanden, med mycket mindre, kompakta lasrar som använder ultrakorta laserpulser som bestrålar arrayer av inriktade nanotrådar.

Experimenten, ledd av universitetets framstående professor Jorge Rocca vid institutionerna för elektro- och datateknik och fysik, noggrant mätt hur djupt dessa extrema energier penetrerar nanostrukturerna. Dessa mätningar gjordes genom att övervaka de karakteristiska röntgenstrålar som sänds ut från nanotrådarrayen, där materialsammansättningen förändras med djupet.

Numeriska modeller som validerats av experimenten förutspår att ökande strålningsintensiteter till de högsta nivåer som är möjliga av dagens ultrasnabba lasrar kan generera tryck som överträffar de i mitten av vår sol.

Resultaten, publicerad 11 januari i tidskriften Vetenskapens framsteg , öppna en väg för att erhålla oöverträffade tryck i laboratoriet med kompakta lasrar. Arbetet skulle kunna öppna nya undersökningar om fysik med hög energitäthet; hur högt laddade atomer beter sig i täta plasma; och hur ljus fortplantar sig vid ultrahöga tryck, temperaturer, och tätheter.

Att skapa materia i regimen med ultrahög energitäthet skulle kunna bidra till studiet av laserdriven fusion - med hjälp av lasrar för att driva kontrollerade kärnfusionsreaktioner - och till ytterligare förståelse av atomära processer i astrofysiska och extrema laboratoriemiljöer.

Möjligheten att skapa material med ultrahög energitäthet med hjälp av mindre anläggningar är därför av stort intresse för att göra dessa extrema plasmaregimer mer tillgängliga för grundläggande studier och tillämpningar. En sådan tillämpning är den effektiva omvandlingen av optiskt laserljus till ljusa blixtar av röntgenstrålar.

Arbetet var en multiinstitutionell insats ledd av CSU som inkluderade doktorander Clayton Bargsten, Reed Hollinger, Alex Rockwood, och grundexamen David Keiss, alla arbetar med Rocca. Även forskare Vyacheslav Shlyapsev var involverade, som arbetade med modellering, och Yong Wang och Shoujun Wang, alla från samma grupp.

Medförfattarskapet inkluderade Maria Gabriela Capeluto från universitetet i Buenos Aires, och Richard London, Riccardo Tommasini och Jaebum Park från Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL). Numeriska simuleringar utfördes av Vural Kaymak och Alexander Pukhov från Heinrich-Heine University i Düsseldorf, med hjälp av atomdata av Michael Busquet och Marcel Klapisch från Artep, Inc.