激光和 X 射线的组合在一根细如发丝的金属线内创造出类似恒星的条件

恒星和行星内部存在极端条件。压力达到数百万巴，温度可达数百万度。精密的方法使得在实验室中创造这种物质状态成为可能——尽管时间很短，体积也很小。

到目前为止，这需要世界上最强大的激光器，例如位于加利福尼亚州的国家点火装置 (NIF)。但这种轻量级激光器数量极少，因此实验机会也相对稀少。

亥姆霍兹德累斯顿-罗森多夫中心 (HZDR) 领导的研究小组与欧洲 XFEL 的同事合作，成功利用更小的激光器创造并观察极端条件。该小组在《自然通讯》杂志上报道，新技术的核心是一根比人的头发还细的铜线。

到目前为止，专家们一直在向材料样本(通常是薄箔)发射极高能量的激光闪光。这会导致表面材料突然升温。这会产生冲击波，冲击波会迅速穿过样本。它会压缩材料并使其升温。

在短短几纳秒内，会出现类似行星内部或恒星外壳的情况。这个短暂的时间窗口足以使用特殊测量技术研究这种现象，例如位于德国汉堡附近舍内费尔德的欧洲 XFEL 的超强 X 射线闪光。

在欧洲最强大的 X 射线激光器中，HZDR 领导着一个名为 HIBEF(亥姆霍兹极端场国际光束线)的国际用户联盟。除其他事项外，该联盟在高能量密度 (HED-HIBEF) 实验站运行激光器，该激光器产生能量不是特别高(只有约 1 焦耳)的超短脉冲。然而，在 30 飞秒时，它们非常短，以至于可以实现 100 太瓦的输出。研究小组使用 HED-HIBEF 的这种激光器照射一根厚度仅为 25 微米的细铜线。

“然后我们能够利用欧洲 XFEL 发出的强 X 射线闪光来观察导线内部发生的情况，”该论文的主要作者 Alejandro Laso Garcia 博士解释说。“这种短脉冲激光和 X 射线激光的组合在世界上是独一无二的。多亏了 X 射线束的高质量和灵敏度，我们才能够观察到意想不到的效果。”