虽然固体、液体和气体是人们熟悉的物质状态 ， 但还有一种叫做等离子体的第四种状态 ， 这是宇宙中最常见的物质形式 。 它可以在太阳和我们太阳系的其他天体中找到 。 然而 ， 密集的等离子体是一种带有自由移动的电子和离子的热混合物 ， 只在极高的压力和温度条件下出现 ， 这使得科学家充分了解这种物质状态具有挑战性 。
美国国家航空航天局（NASA）拍摄的从太阳中迸发的等离子体图片 。 等离子体--一种带有自由移动的电子和离子的原子热汤--是宇宙中最丰富的物质形式 ， 在整个太阳系的太阳和其他行星体中发现 。 罗切斯特大学研究人员的一项新研究提供了关于辐射如何穿过密集等离子体的实验数据 ， 这将有助于科学家更好地了解行星科学和聚变能源 。 资料来源：美国国家航空航天局
高能密度物理学（HEDP）的研究 ， 即研究原子在极端压力条件下的行为 ， 可以为行星科学、天体物理学和聚变能源等领域提供宝贵的见解 。
【新的实验与传统理论不符：辐射是如何通过密集的等离子体传播的？】HEDP领域的一个重要问题是等离子体如何发射或吸收辐射 。 目前描述密集等离子体中辐射传输的模型在很大程度上是基于理论而非实验证据的 。
在《自然通讯》杂志上发表的一篇新论文中 ， 罗切斯特大学激光能量实验室（LLE）的研究人员使用LLE的OMEGA激光器研究辐射如何在密集等离子体中传播 。 这项研究由LLE的杰出科学家、高能密度物理理论组组长、机械工程副教授Hu Suxing和LLE激光-等离子体相互作用组的高级科学家Philip Nilson领导 ， 提供了关于原子在极端条件下的行为的首次实验数据 。 这些数据将被用来改进等离子体模型 ， 使科学家能够更好地理解恒星的演变 ， 并可能有助于实现受控核聚变作为一种替代能源 。
Hu说：\"在OMEGA上使用激光驱动的内爆实验在几十亿倍于地球表面大气压力的压力下创造了极端物质 ， 使我们能够探测原子和分子在这种极端条件下的行为 。 这些条件与所谓的白矮星包层以及惯性核聚变目标内部的条件相对应 。 \"
使用X射线光谱学
研究人员使用X射线光谱学来测量辐射是如何通过等离子体传输的 。 X射线光谱学涉及将一束X射线形式的辐射瞄准由原子组成的等离子体--在这种情况下是铜原子--在极度的压力和热量下 。 研究人员使用OMEGA激光器来制造等离子体 ， 并制造瞄准等离子体的X射线 。
当等离子体被X射线轰击时 ， 原子中的电子通过发射或吸收光子从一个能级\"跳\"到另一个能级 。 一个探测器测量这些变化 ， 揭示出在等离子体内部发生的物理过程 ， 类似于对骨折进行X射线诊断 。
对传统理论的突破
研究人员的实验测量表明 ， 当辐射穿过密集的等离子体时 ， 原子能级的变化并不遵循等离子体物理模型中经常使用的传统量子力学理论--所谓的\"连续体降低\"模型 。 相反 ， 研究人员发现 ， 他们在实验中观察到的测量结果可以用一种基于密度函数理论（DFT）的自洽方法进行最佳解释 。 DFT对复杂系统中原子和分子之间的键提供了量子力学描述 。 DFT方法在20世纪60年代首次被描述 ， 是1998年诺贝尔化学奖的主题 。
Hu说：\"这项工作揭示了重写当前教科书中关于密集等离子体中如何产生辐射和传输的描述的基本步骤 。 根据我们的实验 ， 使用自洽的DFT方法更准确地描述了稠密等离子体中的辐射传输 ， 我们的方法可以为模拟恒星和惯性核聚变目标中遇到的致密等离子体的辐射产生和传输提供一个可靠的方法 。 报告的实验方案基于激光驱动的内爆 ， 可以很容易地扩展到广泛的材料 ， 为在巨大压力下的极端原子物理学的深远调查开辟了道路 。 \"
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