Weltgrößter Laser zerquetscht Diamanten im Auftrag der Planetenforschung

Wenn er nicht gerade zur Erforschung der Kernfusion genutzt wird, dann hilft der weltweit größte Laser dabei die Zusammensetzung riesiger Planeten besser zu verstehen.  Mit dem 50 millionenfachen Druck der Erdatmosphäre zielte er deshalb nun zusammen mit 175 kleineren Kollegen an der amerikanischen National Ignition Facility auf einen einzigen Diamanten.

Hier noch einmal der Laser in seiner ganzen Pracht. Und falls er dich an etwas erinnert, dann liegst du richtig: die Kammer wurde im jüngsten Star Trek als Warp-Kern gezeigt.

Der Laser ist 10 Meter lang und kann auf ein Ziel von der Größe von nur einem Millimeter fokussiert werden. Der Leiter des Projekts, Ray Smith, und seine Kollegen schaffen es so, einen Prozess zu erzeugen, der „dynamisch gestufte Kompression“ genannt wird. Dabei wird der Diamant langsam und gleichmässig auf die Dichte von Blei zusammengepresst, ohne dass er sich dabei vor Hitze verflüssigt. Die Ergebnisse des Experiments haben die Physiker jetzt im Magazin Nature veröffentlicht.

Und was war das Ziel dieses außergewöhnlichen Experiments? Herauszufinden wie die Kerne von Gasriesen wie Saturn aussehen. Wie der Name sagt bestehen diese Planeten aus Gas, doch manche Wissenschaftler vermuten, das ihr Kern fest sei. Es gibt zwar theoretisch Methoden, um die Dichte im Zentrum eines Planeten zu berechnen, aber beim massiven Druck der von Riesenplaneten auf ihre Kerne ausgeübt wird, ist nicht mehr klar was dort eigentlich mit der Materie passiert. Deshalb der Versuchsaufbau von Smith, bei dem in etwa der Druck im Kern des Saturns erzeugt wird.

„Die Entdeckung mehrerer Planeten ausserhalb unseres Sonnensystems, die noch viel grösser als Jupiter und Saturn sind, hat unser Bild vom Universum radikal verändert“, schrieb Chris Pickard von der Universität London in einem Begleitartikel in Nature. „Um die Natur und Evolution dieser Exoplaneten zu verstehen braucht man theoretische Modelle, die mit Gleichungen arbeiten, die vorhersagen was unter hohen Druckdichten geschieht. Bisher wurden die Effekte aber nur von erdbasierten Daten extrapoliert.”

Die Ergebnisse von Smith jedenfalls legen nun nahe, dass die Theorien tatsächlich die richtigen Ereignisse vorhersagen.

„Die gigantischen Exoplaneten sind die nächste Stufe vor den Sternen, wo Druckdichten im Petapascal-Bereich erzeugt werden“, schreibt Pickard. Falls es dir nicht klar war: Petapascal steht für Tausend Millionen Millionen bzw. 1015 Pascal oder ~1014000 Pascal. Und das bedeutet im Verhältnis zum Boden der Erdatmosphären verdammt viel ausgeübter Druck.