All’interno della camera di bersaglio del laser OMEGA, all’Università di Rochester, impulsi laser di altissima potenza hanno generato onde d’urto capaci di comprimere minuscoli campioni di diamante a pressioni comprese tra 600 gigapascal e 1,8 terapascal. In quelle condizioni, più intense di quelle presenti al centro di Nettuno e Urano, i ricercatori guidati da Marius Millot del Lawrence Livermore National Laboratory hanno seguito il comportamento del minerale più duro conosciuto in natura fino alla sua fusione.
Le misure, ottenute combinando la velocità dell’onda d’urto, la temperatura, la riflettività e soprattutto la diffrazione a raggi X, collocano il punto di fusione del diamante intorno ai 7.300 kelvin a circa un terapascal. Il valore è sensibilmente più basso rispetto a quello ricavato da esperimenti precedenti e si allinea finalmente con le previsioni della meccanica quantistica, che per anni non erano riuscite a riprodurre i dati sperimentali.
Mentre la pressione cresceva, il segnale di diffrazione del reticolo cristallino si affievoliva progressivamente fino a sparire del tutto. Per tutto il tempo in cui era ancora rilevabile una struttura atomica ordinata, però, questa rimaneva quella cubica tipica del diamante. Nessuna traccia significativa della fase BC8, che le teorie prevedevano dovesse comparire prima della liquefazione. Secondo i ricercatori, le condizioni di compressione estremamente rapide non lasciano al carbonio il tempo di rompere e riorganizzare i suoi legami fortissimi: il diamante resta “intrappolato” nella struttura originale e passa direttamente allo stato liquido.
In queste condizioni estreme emerge un’analogia inattesa con il ghiaccio. Il diamante solido risulta meno denso del carbonio liquido in cui si trasforma, e dunque potrebbe galleggiare su di esso. Su una porzione della curva di fusione, inoltre, un aumento di pressione abbassa la temperatura di fusione invece di alzarla.
I risultati, pubblicati su Nature Physics, offrono indicazioni utili sia per comprendere gli interni dei pianeti giganti ghiacciati sia per le capsule di combustibile usate negli esperimenti di fusione a confinamento inerziale. Incorporando il nuovo modello del carbonio nelle simulazioni, i ricercatori hanno calcolato che il guadagno energetico previsto potrebbe aumentare fino a tre volte, perché si potrebbero impiegare onde d’urto iniziali leggermente più lente e ottenere comunque la fusione completa del diamante, rendendo il combustibile più comprimibile.