Une expérience au laser confirme qu’il pleut des diamants à l’intérieur des géantes glacées

Une équipe de recherche dirigée par le physicien Marius Millot au Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) a résolu une énigme de longue date en physique des hautes pressions. Leurs expériences ont permis de déterminer le comportement du carbone sous une pression extrême, ce qui éclaire à la fois l’astrophysique et les perspectives de développement de la fusion par laser.

Les scientifiques ont utilisé la Omega Laser Facility de l’Université de Rochester pour vaporiser la couche externe d’un minuscule échantillon de diamant à l’aide d’un faisceau laser énergétique. L’onde de choc résultante a comprimé le diamant restant à une pression d’un térapascal, soit environ trois fois la pression régnant au cœur de la Terre. Pendant une fraction de nanoseconde, la température du matériau a atteint environ 7 000 degrés Celsius, dépassant largement celle de la surface du Soleil, estimée à 5 500 degrés. Les mesures réalisées par diffraction des rayons X ont confirmé que le point de fusion mesuré correspondait précisément aux prévisions des modèles quantiques modernes, mettant fin à un écart de près de vingt ans dans ce domaine.

Les données révèlent également que le diamant solide possède une densité inférieure à celle du carbone liquide métallique, ce qui lui permet de flotter à sa surface, un phénomène analogue à celui de la glace flottant sur l’eau. Cette découverte renforce l’hypothèse selon laquelle des diamants pourraient pleuvoir à l’intérieur des géantes glacées comme Neptune ou Uranus, où les conditions de température et de pression sont extrêmes. Les expériences, qui reproduisent des pressions dépassant celles du centre de ces planètes, fournissent une base de données plus solide pour les modèles informatiques utilisés en planétologie.

L’étude publiée dans Nature Physics écarte également l’hypothèse d’une transformation du carbone en une structure cristalline intermédiaire, appelée BC8, avant sa fusion. Les analyses montrent que la compression par choc est si rapide que le matériau n’a pas le temps de subir une telle transformation. Auparavant, des expériences théoriques menées à la Z Machine des Sandia National Laboratories avaient suggéré l’existence possible de cette phase intermédiaire.

Les résultats pourraient également avoir des implications pour la fusion nucléaire. À la National Ignition Facility du LLNL, des capsules de diamant sont utilisées pour confiner et comprimer le combustible de fusion. Les nouvelles données indiquent qu’un choc laser initial moins intense suffirait à transformer la capsule en liquide de manière uniforme et efficace, ce qui pourrait théoriquement tripler le rendement énergétique de la réaction de fusion. Cependant, cette avancée dépendra aussi de la stabilité des autres paramètres dynamiques du processus, ce qui représente un défi technique majeur.

Rapporté par t3n.