Les expériences sous haute pression étudient les changements matériels que l'on ne trouve pas dans la majeure partie de l'univers.

Les expériences sous haute pression étudient les changements matériels que l'on ne trouve pas dans la majeure partie de l'univers. Au Carnegie Institute for Science, on a vu que les matériaux pris en sandwich entre deux diamants passaient par un processus rappelant l'alchimie. Le fer ne se transforme cependant pas en or. Mais les atomes et molécules familiers se comportent différemment. L'oxygène devient bleu, puis rouge, et enfin un métal brillant. Le beurre de cacahuète devient un diamant, comme l'a démontré General Motors dans une étude pionnière dans les années 1950. Il en va de même pour la pente du toit et le bois. Mais Russell J. Hemley et ses collègues ne le font pas par magie.

L'intérêt pour la science des hautes pressions au laboratoire géophysique de la Carnegie Institution est né de la mission du laboratoire d'étudier les profondeurs de la Terre. Actuellement, les scientifiques étudient les transformations sous haute pression, en étudiant les changements matériels qui ne se trouvent pas dans la majeure partie de l'univers ; Il essaie d'éclairer ce qui se passe au plus profond de la Terre ou de Jupiter. Et ils espèrent que ces expériences révéleront de nouveaux matériaux capables de capter plus efficacement la lumière du soleil dans les cellules solaires génératrices d'électricité ou de servir de réservoirs de carburant dans les voitures à hydrogène. "Il s'agit d'un nouveau type de chimie", déclare Hemley. Il est certain que le terme « haute pression » prend un nouveau sens dans ces circonstances. La pression atmosphérique au niveau de la mer est d'environ un kilo par centimètre carré. Dans les enclumes en diamant de la Carnegie Institution, une pression de plus de 3,5 millions de livres par centimètre carré est appliquée.

De plus, des chercheurs en Allemagne ont développé des méthodes qui doublent cela. Cependant, il existe des forces encore plus écrasantes dans certaines parties de l'univers. La pression au centre de Jupiter est supérieure à 70 millions de kilogrammes par centimètre. Il y a aussi les étoiles à neutrons, les restes de soleils à court de carburant, dont les atomes si proches les uns des autres par leur attraction gravitationnelle créent une pression un milliard de milliards de fois supérieure à celle du noyau de Jupiter. Les enclumes utilisées à Carnegie et dans d'autres laboratoires semblent simples. Bien que leurs designs varient, ils sont logés dans des boîtiers métalliques cylindriques mesurant 5 cm sur 2,5 cm. Pour appliquer une pression, les scientifiques serrent les vis supérieures, rapprochant les plaques inférieure et supérieure. Au fur et à mesure que les plaques se plient, les pointes des deux petits diamants se rapprochent. Une extrémité a une fente qui maintient le matériau à comprimer, et l'autre extrémité appuie juste là, comme un talon mince écrasant un insecte. Même si les vis n'exercent que quelques kilos de force, elles se transforment en une pression énorme car les forets diamantés sont minuscules. Nous pouvons comparer cela à chevaucher une centaine d'éléphants sur la pointe d'un enclos ; Si seulement il y avait un enclos sur lequel tant d'éléphants pourraient monter. Par conséquent, les diamants ne doivent pas avoir même une petite fissure ou un défaut. À des pressions raisonnables, les atomes s'alignent parfaitement, comme des boulets de canon. C'est pourquoi les scientifiques s'attendaient à ce qu'ils s'alignent à nouveau comme ça dans les expériences. Mais plus tard, on a vu que bien que la distance entre eux ne diminue pas, les atomes ne se tiennent pas dans une rangée régulière. Par exemple, le sodium entre dans un ordre complexe.

Circulant normalement par paires, comme des haltères, l'azote prend la forme d'une cage torsadée. Au fur et à mesure que les atomes se rapprochent les uns des autres, les électrons sautent dans des directions différentes et donnent des formes différentes aux molécules dans lesquelles ils se trouvent. Dr. Selon les mots de Hemley, "D'une certaine manière, un nouveau tableau périodique émerge". Même les gaz nobles comme le xénon, qui interagissent rarement avec d'autres atomes, se mêlent à l'hydrogène pour former de nouvelles structures. Malcolm McMahon de l'Université d'Edimbourg en Ecosse s'intéresse à l'oxygène rouge. Son équipe a obtenu un seul cristal d'oxygène de couleur rubis à l'intérieur d'une enclume. Les atomes d'oxygène, qui sont généralement liés par paires, forment des amas octaux. Cette structure absorbe les longueurs d'onde bleues plus courtes de la lumière. Les longueurs d'onde restantes (rouge) le traversaient. Sous une pression encore plus intense, l'oxygène se transforme en métal. Mais peut-être que la plus grande énigme est l'atome d'hydrogène le plus simple et le plus abondant.

Sous des pressions très élevées au centre de Jupiter, l'hydrogène se transforme en métal liquide ; On pense que le champ magnétique sur la planète est causé par l'activité qui s'y trouve. Mais les découvertes en laboratoire jettent un doute là-dessus. Le vaisseau spatial Juno de la NASA, qui se dirige vers Jupiter, pourra peut-être éclairer les profondeurs de cette planète grâce à ses mesures. Ses données et ses expériences de laboratoire peuvent aider à s'expliquer mutuellement. "Nous voulons comprendre le comportement à long terme de l'hydrogène dans toutes les conditions", déclare Hemley.

 

Source : matin

📩 30/12/2013 22:53

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