當壓力超過地球上大氣壓力100萬倍甚至10億倍時，原子的表現(xiàn)會有很大的不同。了解原子在如此高的壓力條件下的反應可以導致新材料的產(chǎn)生，并使科學家對星星和行星的組成以及宇宙本身提供有價值的見解。
這些都是羅切斯特大學將注意力轉(zhuǎn)移到相對較新的高能密度物理學領域的原因之一。而另外一個原因就是，該大學準備為該領域作出重大貢獻。
羅切斯特大學副校長兼研究部副總裁Rob Clark表示：“我們的研究人員以及我們擁有的資源使我們處于獨特的地位，能在高能密度物理學領域獲得重要見解。”
而羅切斯特大學激光動力學實驗室是OMEGA激光器的所在地。該高達10米、長達100米的OMEGA是世界上最大的位于大學的激光器。
羅切斯特還特意聘請了Gilbert (Rip)Collins，在高能密度物理學領域帶領新的多學科研究計劃。Collins以前是勞倫斯利弗莫爾國家實驗室高能密度物理中心主任，現(xiàn)在是機械工程系/物理與天文學系的教授，還擔任該大學激光能學實驗室的高級科學家。Collins指出，“這一研究將使化學、工程、物理和天文學之間的協(xié)作變得更加容易”，從而加快該領域的進展。
除了其他研究外，Collins還研究了原子在極端壓力條件下的鍵合。一般情況下，原子的最外層電子與其他原子的電子發(fā)生反應。但是，當對原子施加的壓力大大增加時，內(nèi)部電子就會介入，這時就會發(fā)生有趣的現(xiàn)象。
Collins指出：“在極端的壓力下，我們熟悉的元素的化學性質(zhì)不再適用。針對不同的壓力條件，我們需要新的元素周期表。鉆石是一種在高壓下形成的眾所周知的材料。”將碳放置在地球100英里深的地方，其壓力比地球表面的壓力高出近50000倍，溫度高于2000華氏度，其原子結(jié)構(gòu)會變得非常有條理，我們就稱之為鉆石。
然而，當涉及高能密度物理學時，這種壓力水平還較低。在更極端的壓力下，例如200萬個大氣壓，鈉能被轉(zhuǎn)化為絕緣體；在1000萬個大氣壓下，氫能變成超導超流體；當壓力超過2億個大氣壓時，可以使鋁變得透明。
而上述OMEGA激光器可以使研究人員實現(xiàn)這種壓力條件。
Collins表示：“許多人都認為激光器只是一種高溫熱源。殊不知，激光器也可以作為高度集中的壓力來源；而OMEGA激光器使我們能夠研究處于數(shù)百萬到數(shù)十億個大氣壓條件下的材料。了解原子在極端壓力下的行為將使研究人員有目的地對物質(zhì)進行處理，從而形成一些新的、異乎尋常的材料。”
激光能學實驗室副總裁兼總監(jiān)Robert McCrory表示，Collins享有很高的國際聲譽，很適合帶領該大學的項目。他指出，激光實驗室、勞倫斯利弗莫爾的國家點火裝置等設施都開辟了新的高能密度物理前沿，并確保了美國在該領域的領導地位。
對于創(chuàng)造新型材料，高能密度物理學還能提供更多。激光能學實驗室副主任Michael Campbell稱這個領域為“持久的科學”。
他指出：“總會有新的領域要探索，包括宇宙本身的性質(zhì)。行星中心的壓力超過大氣壓的數(shù)百萬倍，而星星的壓力則是大氣壓的數(shù)十億倍。高能密度物理學可以幫助我們了解行星和星星是如何產(chǎn)生的，像地球就有磁場；以及太陽和其他星星中的輻射和能量流等。”（文/Oscar譯）
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