Atomer beter sig mycket annorlunda när de pressas till tryck mer än en miljon - eller till och med en miljard - gånger atmosfärstrycket på jorden. Att förstå hur atomer reagerar under sådana högtrycksförhållanden kan leda till skapandet av nya material och ge forskare värdefull insikt om hur stjärnor och planeter utgörs, liksom universum själv.

Det är bland anledningarna till att University of Rochester har riktat sin uppmärksamhet mot det relativt nya fältet fysik med hög energitäthet. En annan anledning är att universitetet är väl rustat att göra stora insatser inom området.

"Våra människor och våra resurser sätter oss i en unik position för att få avgörande insikter inom området fysik med hög energitäthet, " säger provost och Senior Vice President för forskning Rob Clark.

Rochesters laboratorium för laserenergi, till exempel, är hem för OMEGA-lasern. 10 meter hög och 100 meter lång, OMEGA är världens största universitetsbaserade laser.

Rochester har också rekryterat Gilbert "Rip" Collins för att leda en ny, multidisciplinärt forskningsinitiativ för högenergidensitetsfysik. Collins var tidigare chef för Lawrence Livermore National Laboratory's Center for High-Energy-Density Physics, och är nu professor vid Institutionen för maskinteknik och Institutionen för fysik och astronomi, samt senior forskare vid universitetets laboratorium för laserenergi. Collins säger att initiativet "kommer att göra det lättare att samarbeta mellan kemi, teknik, fysik, och astronomi, "vilket leder till snabbare framsteg inom området.

Collins studier, bland annat, hur atomer binder under extrema tryck. Vanligtvis, det är de yttersta elektronerna i en atom som reagerar med elektronerna i andra atomer. Men när trycket på atomerna ökar kraftigt, de inre elektronerna engagerar sig, och det är då det roliga börjar.

"Under extremt tryck, de kemiska egenskaperna hos de grundämnen som vi är bekanta med gäller inte längre, "säger han." Vi behöver nya periodiska tabeller för olika tryckförhållanden. "

Diamant är ett välkänt material som bildas under högt tryck. Placera kol 100 miles djupt ner i jorden - där trycket är nästan 50, 000 gånger större än vad som finns på jordytan och temperaturen är över 2, 000 grader Fahrenheit - och atomerna blir mycket organiserade i en struktur som vi kallar en diamant.

Ändå är den trycknivån i den nedre delen av skalan när det gäller fysik med hög energitäthet. Vid mer extrema påtryckningar, som två miljoner atmosfärer, natrium omvandlas till en isolator; vid 10 miljoner atmosfärer, man tror att väte kan förvandlas till en supraledande supervätska; och när trycket överstiger 200 miljoner atmosfärer, det kan vara möjligt att göra aluminium transparent.

OMEGA -lasern tillåter forskare att uppnå sådana tryck.

"Många människor tänker på lasrar som en källa till intensiv värme, "säger Collins." Lasrar kan också fungera som en källa till mycket fokuserat tryck, och OMEGA -lasern tillåter oss att studera material vid tryck på miljoner till miljarder atmosfärer. "Att förstå hur atomer beter sig under extremt tryck kommer att göra det möjligt för forskare" att medvetet manipulera materia för att bilda något nytt, exotiska material, " han lägger till.

Robert McCrory, vice president och direktör för Laboratory for Laser Energetics, säger Collins, som har ett internationellt rykte, "är utmärkt lämpad att leda ansträngningen vid universitetet." Han noterar att anläggningar som laserlab, National Ignition Facility på Lawrence Livermore, där Collins var anställd tidigare, samt Z -maskinen på Sandia National Laboratories, "har öppnat den nya fysikgränsen med hög energitäthet" och säkrat amerikanskt ledarskap inom området.

Men det finns till och med mer med fysik med hög energitäthet än att skapa nya material. Michael Campbell, biträdande chef för Laboratory for Laser Energetics, kallar fältet en "bestående vetenskap".

"Det kommer alltid att finnas nya områden att utforska, inklusive universums natur, "säger han." Trycket i mitten av planeterna överstiger miljontals atmosfärer och hundratals miljarder för stjärnor. Fysik med hög energitäthet kan vara nyckeln till att lära oss vad planeter och stjärnor består av, huruvida, som jorden, de har magnetfält, och hur strålning och energi flödar inom vår sol och andra stjärnor. "