Kombinerar kraftfulla lasrar och ljusa röntgenstrålar, Imperial- och STFC -forskare har demonstrerat en teknik som tillåter nya extrema experiment.

Den nya tekniken skulle kunna använda en enda röntgenblixt för att fånga information om extremt tät och varm materia, som kan hittas inuti gasjätteplaneter eller på skorporna av döda stjärnor.

Samma villkor finns också i fusionsexperiment, som försöker skapa en ny energikälla som efterliknar solen.

Tekniken, rapporterade den här veckan i Fysiska granskningsbrev , utvecklades av ett team som leds av Imperial College London -forskare som arbetar med kollegor, inklusive dem vid Storbritanniens Central Laser Facility vid Science and Technology Facilities Council (STFC) Rutherford Appleton Laboratory, och finansierades av European Research Council.

Forskarna ville förbättra sätten att studera 'varm tät materia' - materia som har samma densitet som en fast, men värms upp till 10, 000? C. Forskare kan skapa varma täta ämnen i labbet, återskapa förhållandena i hjärtan på planeter eller avgörande för fusionskraft, men det är svårt att studera.

Accelererar upptäckter

Teamet använde Gemini Laser, som har två balkar - en som kan skapa förutsättningar för varm tät materia, och en som kan skapa ultrakort och ljusa röntgenstrålar för att undersöka förhållandena inuti den varma täta ämnet.

Tidigare försök med lägre drivna lasrar krävde 50-100 röntgenblixtar för att få samma information som den nya tekniken kan få på bara en blixt. Blinkarna varar bara femtosekunder (kvadriljondelar av en sekund), vilket innebär att den nya tekniken kan avslöja vad som händer inom varm tät materia över mycket korta tidsperioder.

Förste författaren Dr Brendan Kettle, från Institutionen för fysik vid Imperial, sade:"Vi kommer nu att kunna sondera varm tät materia mycket mer effektivt och i en aldrig tidigare skådad upplösning, som kan påskynda upptäckter i fusionsexperiment och astrofysik, såsom den inre strukturen och utvecklingen av planeter inklusive jorden själv. "

Tekniken kan också användas för att undersöka snabbt förändrade förhållanden inuti nya typer av batterier och minneslagringsenheter.

Besvara viktiga frågor

I den nya studien, laget använde sin teknik för att undersöka ett uppvärmt prov av titan, framgångsrikt visat att det kan mäta fördelningen av elektroner och joner.

Ledande forskare Dr.Stuart Mangles, från Institutionen för fysik vid Imperial, sade:"Vi planerar att använda tekniken för att svara på viktiga frågor om hur elektronerna och jonerna i denna varma täta materia" pratar "med varandra, och hur snabbt kan energi överföra från elektronerna till jonerna. "

Central Laser Facility Gemini Laser är för närvarande en av få platser där rätt förutsättningar för tekniken kan skapas, men när nya anläggningar börjar fungera runt om i världen, laget hoppas att tekniken kan utökas och användas för att göra en helt ny klass av experiment.

Dr Rajeev Pattathil, Gemini Group Leader på Central Laser Facility, sade:"Med ultrakorta röntgenblixtar kan vi få ett frysningsfokus på övergående eller dynamiska processer i material, avslöjar ny viktig grundläggande information om material här och i det bredare universum, och särskilt de i extrema stater. "