För att testa standardmodellen för partikelfysik, forskare kolliderar ofta partiklar med gigantiska underjordiska ringar. På liknande sätt, högtrycksfysiker komprimerar material till allt större tryck för att ytterligare testa kvantteorin om kondenserad materia och utmana förutsägelser som görs med de mest kraftfulla datorerna.

Tryck över 1 miljon atmosfärer kan dramatiskt deformera atomära elektroniska moln och förändra hur atomer packas ihop. Detta leder till ny kemisk bindning och har avslöjat extraordinära beteenden som heliumregn, omvandling av natrium till en transparent metall, framväxten av superionisk vattenis och omvandling av väte till en metallvätska.

Med nya tekniker som ständigt avancerar gränsen för högtrycksfysik, terapascal (TPa) tryck som en gång var otillgängliga kan nu uppnås i laboratoriet med statisk eller dynamisk komprimering (1 TPa motsvarar ungefär 10 miljoner atmosfärer).

Dock, exakt och exakt bestämning av trycket tillför ytterligare en komplexitetsnivå till experiment under extrema förhållanden. Många av dessa tekniker bygger på en kalibrerad tryckstandard. Tills nu, de flesta experimenten förlitar sig på extrapoleringar av lågtrycks kalibreringsmätningar eller teoretiska modeller för att bestämma trycket vid sådana extrema förhållanden.

Forskare från Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Sandia National Laboratories och University of Hyogo har ändrat det genom att utföra experiment på världens mest energiska laser - LLNL:s National Ignition Facility (NIF) i Livermore, Kalifornien-och världens mest kraftfulla pulserande kraftanläggning-Sandias Z-maskin i Albuquerque, New Mexico.

Med ett nytt tillvägagångssätt, kallad chockfri eller rampkomprimering, laget bestämde hur guld och platina komprimeras när de pressas till 1 TPa med extremt hög precision. Sedan, de använde sina data för att härleda nya tryckvågar till 1 TPa. Forskningen publicerades idag i Vetenskap och presenteras i en särskild "perspektiv" sektion.

"NIF och Z -maskinen är unika anläggningar. Vi pressade verkligen deras förmåga att utföra så exakta mätningar som möjligt, "sa Dayne Fratanduono, LLNL -fysiker och huvudförfattare till publikationen. "För att göra chocklös komprimering, vi använder antingen flera laserstrålar eller den pulserade energikällan för att gradvis pressa vårt prov. Men nyckeln är att noggrant kontrollera hastigheten med vilken vi ökar trycket på provet, för att undvika att bilda en chockvåg som skulle förstöra experimentet. Och du måste komma ihåg att hela experimentet varar mycket mindre än en miljonedel av en sekund. "

"Tricket är att de flesta material blir styvare när de komprimeras, så allt vi behöver göra är att gissa med hur mycket, och sedan hitta en maskin som inte bara ger tillräckligt med ström utan också tillräckligt med kontroll för att förverkliga experimentet, "tillade Marius Millot, LLNL-fysiker och medförfattare.

Enligt Fratanduono, det fanns flera andra områden som var avgörande för att uppnå experimentens höga noggrannhet:en otrolig precision vid bearbetning av mikronstora steg på målen; mätning av dessa steg; och ultrasnabba hastighetsmätningar som gjorde att forskargruppen kunde avgöra hur provet komprimeras.

"Detta är verkligen kulmen på flera decennier av teknisk utveckling, "Fratanduono sa." Det tog flera års utveckling att nå denna mognadsnivå i experimenten och kombinera de individuella fördelarna med NIF och Z, de två bästa anläggningarna med hög energitäthet, var också nyckeln till att verkligen begränsa materialresponsen av guld och platina. "

Teamet räknar med att dessa nya tryckvågar gör det möjligt för andra forskare runt om i världen att enkelt, ändå exakt, bestämma trycket i deras experiment genom att helt enkelt mäta densiteten hos en bit guld eller platina komprimerad tillsammans med deras prov av intresse.

"Detta är ett stort steg framåt eftersom med mycket bättre tryckbestämning i experimenten, vi kommer verkligen att kunna testa teoretiska förutsägelser och riktmärken för kvantsimuleringar gjorda med världens mest kraftfulla datorer, "Fratanduono sa." Detta kommer att ge en solid grund för framtida upptäckter med hjälp av statisk och dynamisk komprimering när vi fortsätter att testa vår förståelse av kvantteorin om kondenserad materia, ett område med aktiv forskning i samband med kondensmaterialets fysik, materialvetenskap och kvantkemi. Eftersom vårt arbete kommer att möjliggöra mer exakta mätningar av egenskaperna hos planetkomponenter vid relevant TPa -tryck, vi förväntar oss också att locka geofysikernas intresse, planetvetare och astronomer. "