Новые результаты устранили давнее расхождение между лабораторными данными и расчетами: прежние опыты завышали температуру более чем на 700 °C.

Поведение алмаза в таких условиях интересует ученых не только с точки зрения физики вещества. Этот материал применяется в экспериментах по инерциальному термоядерному синтезу, где лазерные импульсы создают мощные ударные волны. Ранее измеренные значения температуры плавления расходились с теоретическими расчетами примерно на 1244 °C, или на 20%.

Чтобы разобраться в причине несоответствия, ученые подвергли небольшие образцы синтетического алмаза ударному сжатию с помощью ультрафиолетового лазера. Во время эксперимента материал из прозрачного становился сильно отражающим свет. Изменение оптических свойств вместе с данными о тепловом излучении позволило определить момент перехода в жидкое состояние.

Условия внутри образцов оказались экстремальными. По словам соавтора работы Мариуса Милло из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса, температура превышала показатель на поверхности Солнца, а давление — значения, характерные для центральных областей Урана и Нептуна. Полученные результаты согласовались с теоретическими расчетами и показали, что прежние экспериментальные оценки были выше более чем на 700 °C.

Одновременно ученые следили за атомной структурой вещества с помощью рентгеновской дифракции. Данные не подтвердили предположение, что перед плавлением алмаз обязательно превращается в другую твердую фазу углерода. В проведенных опытах его кристаллическая структура сохранялась вплоть до перехода в жидкое состояние.

В диапазоне давлений примерно от 660 до 1060 ГПа плавление происходило при температуре около 7300 К, или примерно 7000 °C. При таких условиях твердый алмаз может сосуществовать с расплавленным углеродом. Жидкий углерод обладает металлическими свойствами, проводит электричество и имеет большую плотность, поэтому куски алмаза способны находиться в нем подобно льду в воде.

Результаты помогут точнее моделировать процессы не только в установках для лазерного термоядерного синтеза, но и в недрах ледяных гигантов. Существующие модели допускают, что глубоко внутри Урана и Нептуна углерод может кристаллизоваться и выпадать в виде своеобразного алмазного дождя.