Wissenschaftler bestrahlten Plastik mit Lasern und verwandelten es in winzige Diamanten und eine neue Art von Wasser

Neue Forschungen, die von Eisriesen wie Neptun und Uranus inspiriert wurden, zeigen, dass Laser einen gewöhnlichen Kunststoff in winzige Diamanten verwandeln können.

Mit ultrastarken Lasern haben Wissenschaftler billiges Plastik gesprengt und in winzige „Nanodiamanten“ verwandelt – und damit die Existenz einer exotischen neuen Art von Wasser bestätigt. .

Die Ergebnisse könnten möglicherweise die Existenz von Diamantregen auf Eisriesen in unserem Sonnensystem aufdecken und erklären, warum diese kalten Welten so seltsame Magnetfelder haben. Die Laserstrahltechnik könnte auch zu mehr irdischen Anwendungen führen.

Nanodiamanten sind Diamanten, die nur wenige Nanometer oder Milliardstel Meter groß sind. Sie haben sowohl bestehende als auch potenzielle Anwendungen, wie die Umwandlung von Kohlendioxid in andere Gase und die Abgabe von Medikamenten in den Körper, sagte der Co-Autor der Studie, Dominik Kraus, ein Physiker am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf in Deutschland, gegenüber WordsSideKick.com.

„Nanodiamanten könnten auch als ultrakleine und sehr präzise Quantensensoren für Temperatur und Magnetfelder eingesetzt werden, was zu einer Vielzahl von Anwendungen führen könnte“, sagte Kraus.

Die Technik könne auch die Plastikverschmutzung verringern, indem sie einen finanziellen Anreiz schaffe, Plastik aus dem Meer zu entfernen und umzuwandeln, sagte er.

Seit vielen Jahren vermuten Planetenforscher, dass sich Diamanten im kalten Inneren von Eisriesen wie Neptun und Uranus bilden.

Sollten sich diese Diamanten bilden, würden sie durch das Innere dieser gefrorenen Welten „regnen“.

Um herauszufinden, ob dieser Prozess machbar ist, nahmen die Forscher eine Folie aus Polyethylenterephthalat (PET)-Kunststoff – wie er in Plastikflaschen vorkommt – und verwendeten einen leistungsstarken optischen Laser, der am Matter in Extreme Conditions-Instrument im SLAC National Accelerator Laboratory zu finden ist Linac Coherent Light Source erhitzt den Kunststoff auf etwa 10.000 Grad Fahrenheit (6.000 Grad Celsius).

Dadurch entstand für nur eine Milliardstelsekunde ein Druck, der millionenfach größer war als der der Erdatmosphäre. Dieser knochenbrechende Druck erschütterte den Kunststoff und führte dazu, dass sich die Kohlenstoffatome im Kunststoff zu einer kristallinen Struktur umstrukturierten, wobei Wasserstoff und Sauerstoff durch dieses Gitter wanderten.

„Mit einem leistungsstarken Röntgenlaser könnten wir in die Probe schauen und Filme von den dort ablaufenden chemischen Reaktionen erstellen“, sagte Kraus. „Wir haben innerhalb der Zeitspanne unserer Experimente – nur wenige Nanosekunden – eine sehr effiziente Bildung von Nanodiamanten im komprimierten Kunststoff beobachtet.“

Die neue Forschung zeigt, dass diese Art der Diamantbildung häufiger vorkommt, als Wissenschaftler bisher angenommen haben, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass Eisriesen dicke Schichten von Diamanten um ihren festen Kern herum aufweisen.

Das Experiment deutet auch stark darauf hin, dass bei den hohen Temperaturen und Drücken, die im Inneren solcher Eiswelten herrschen, ein exotischer Wasserzustand entsteht, der als superionisches Wassereis bezeichnet wird.

Diese seltsame Form von Wasser ermöglicht es Protonen, sich durch ein Gitter aus Sauerstoffatomen zu bewegen. Wenn solch superionisches Wasser auf Eisriesen wie Uranus und Neptun existiert, könnte die Bewegung von Protonen durch diese exotische Art von Materie dazu beitragen, die eigentümlichen Magnetfelder zu erzeugen, die auf diesen Planeten beobachtet werden, sagte Kraus.

Frühere Berechnungen deuteten darauf hin, dass die Kohlenstoffatome, die sich wahrscheinlich im Inneren des Planeten befinden, das dort entstehende superionische Wasser extrem instabil machen würden.

Aber „unsere Experimente zeigen jetzt, dass sich Kohlenstoff und Wasser durch Diamantbildung entmischen [die unbeabsichtigte Trennung der Substanzen in einer Mischung]“, sagte Kraus. „Somit kann im Inneren der Planeten vereinzeltes Wasser vorhanden sein, was die Bildung von superionischem Wasser wahrscheinlicher macht.“

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Und möglicherweise könnte bald eine Raumsonde unsere eisigen Nachbarn besuchen, um zu sehen, ob es dort tatsächlich Diamantregen und exotisches Wasser gibt.

„Hoffentlich wird innerhalb des nächsten Jahrzehnts eine neue NASA-Raumsonde zum Uranus gestartet, was in der dekadischen Untersuchung gerade als höchste Priorität definiert wurde“, sagte Kraus.

Die Ergebnisse könnten auch kommerziellere Anwendungen haben. Derzeit stellt man Nanodiamanten her, indem man Kohlenstoff zur Explosion bringt oder größere Diamanten mit Sprengstoff in Stücke sprengt, wodurch ein Sammelsurium an Diamanten unterschiedlicher Größe entsteht. Die neue Methode wäre eine sauberere Möglichkeit, Diamanten bestimmter Größen herzustellen, sagte Kraus.

Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am 2. September in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Ursprünglich auf Live Science veröffentlicht.

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Robert Lea ist ein Wissenschaftsjournalist aus Großbritannien, der sich auf Wissenschaft, Weltraum, Physik, Astronomie, Astrophysik, Kosmologie, Quantenmechanik und Technologie spezialisiert hat. Robs Artikel wurden in Physics World, New Scientist, Astronomy Magazine, All About Space und ZME Science veröffentlicht. Er schreibt außerdem über Wissenschaftskommunikation für Elsevier und das European Journal of Physics. Rob hat einen Bachelor of Science in Physik und Astronomie von der britischen Open University

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