Los átomos y las moléculas se comportan de manera muy diferente a temperaturas y presiones extremas. Aunque dicha materia extrema no existe naturalmente en la Tierra, existe en abundancia en el universo, especialmente en los interiores profundos de los planetas y las estrellas. Comprender cómo reaccionan los átomos bajoLas condiciones de alta presión, un campo conocido como física de alta densidad de energía HEDP, brinda a los científicos información valiosa sobre los campos de la ciencia planetaria, la astrofísica, la energía de fusión y la seguridad nacional.
Una pregunta importante en el campo de la ciencia de HED es cómo la materia en condiciones de alta presión podría emitir o absorber radiación de formas diferentes a nuestra comprensión tradicional.
en un artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza , Suxing Hu, un distinguido científico y líder de grupo del Grupo de Teoría HEDP en el Laboratorio de Energética Láser de la Universidad de Rochester LLE, junto con colegas de LLE y Francia, ha aplicado la teoría física y los cálculos para predecir la presencia dedos nuevos fenómenos, la transición radiativa entre especies IRT y la descomposición de la regla de selección de dipolos, en el transporte de radiación en átomos y moléculas en condiciones de HEDP. La investigación mejora la comprensión de HEDP y podría conducir a más información sobre cómo las estrellas yotros objetos astrofísicos evolucionan en el universo.
¿QUÉ ES LA TRANSICIÓN RADIATIVA DE INTERSPECIES IRT?
La transición radiativa es un proceso físico que ocurre dentro de los átomos y las moléculas, en el cual sus electrones o electrones pueden "saltar" desde diferentes niveles de energía al irradiar / emitir o absorber un fotón. Los científicos descubren que, para la materia en nuestra vida cotidiana, talLas transiciones radiativas suceden principalmente dentro de cada átomo o molécula individual; el electrón salta entre los niveles de energía que pertenecen al átomo o molécula individual, y el salto no ocurre típicamente entre diferentes átomos y moléculas.
Sin embargo, Hu y sus colegas predicen que cuando los átomos y las moléculas se colocan en condiciones de HED, y se aprietan con tanta fuerza que se acercan mucho entre sí, las transiciones radiativas pueden involucrar átomos y moléculas vecinas.
"A saber, los electrones ahora pueden saltar de los niveles de energía de un átomo a los de otros átomos vecinos", dice Hu.
¿CUÁL ES LA REGLA DE SELECCIÓN DE DIPOLOS?
Los electrones dentro de un átomo tienen simetrías específicas. Por ejemplo, los "electrones de onda s" siempre son esféricamente simétricos, lo que significa que se ven como una bola, con el núcleo ubicado en el centro atómico; "electrones de onda p", en el otromano, parezca pesas. Las ondas D y otros estados de electrones tienen formas más complicadas. Las transiciones radiativas ocurrirán principalmente cuando el salto de electrones sigue la llamada regla de selección de dipolos, en la cual el electrón de salto cambia su forma de onda s a p-Onda, de onda p a onda d, etc.
En condiciones normales, no extremas, Hu dice, "uno apenas ve electrones saltando entre las mismas formas, de onda s a onda s y de onda p a onda p, emitiendo o absorbiendo fotones".
Sin embargo, como descubrieron Hu y sus colegas, cuando los materiales se exprimen con tanta fuerza en el exótico estado HED, la regla de selección de dipolos a menudo se rompe.
"En condiciones tan extremas que se encuentran en el centro de las estrellas y las clases de experimentos de fusión de laboratorio, pueden producirse emisiones y absorciones de rayos X no dipolares, que nunca antes se habían imaginado", dice Hu.
USANDO SUPERCOMPUTADORAS PARA ESTUDIAR HEDP
Los investigadores utilizaron supercomputadores tanto en el Centro de Computación de Investigación Integrada CIRC de la Universidad de Rochester como en el LLE para realizar sus cálculos.
"Gracias a los tremendos avances en las tecnologías de energía pulsada y láser de alta energía, 'traer estrellas a la Tierra' se ha convertido en realidad durante la última década o dos", dice Hu.
Hu y sus colegas realizaron su investigación utilizando el cálculo de la teoría de densidad funcional DFT, que ofrece una descripción mecánica cuántica de los enlaces entre átomos y moléculas en sistemas complejos. El método DFT se describió por primera vez en la década de 1960, y fue elsujeto al Premio Nobel de Química de 1998. Los cálculos de DFT se han mejorado continuamente desde entonces. Una de esas mejoras para permitir que los cálculos de DFT involucren electrones centrales fue realizada por Valentin Karasev, científico de la LLE y coautor del artículo.
Los resultados indican que hay nuevas líneas de emisión / absorción que aparecen en los espectros de rayos X de estos sistemas de materia extrema, que provienen de los canales previamente desconocidos de IRT y el desglose de la regla de selección de dipolos.
Hu y Philip Nilson, científico sénior en LLE y coautor del artículo, están planeando experimentos futuros que implicarán probar estas nuevas predicciones teóricas en la instalación láser OMEGA en LLE. La instalación permite a los usuarios crear HED exóticoscondiciones en escalas de tiempo de nanosegundos, lo que permite a los científicos investigar los comportamientos únicos de los asuntos en condiciones extremas.
"Si los experimentos demuestran que esto es cierto, estos nuevos descubrimientos cambiarán profundamente la forma en que el transporte de radiación se trata actualmente en materiales exóticos HED", dice Hu. "Estos nuevos canales de emisión y absorción pronosticados por DFT nunca se han considerado hasta ahora en los libros de texto"
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rochester . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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