Schenefeld — InkDesign News — Uma equipe internacional de cientistas, liderada pela Universidade de Rostock e pelo Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), realizou em 2023 um experimento inédito no European XFEL, o maior laser de raios-X do mundo localizado próximo a Hamburgo, para medir e analisar o carbono em estado líquido — uma façanha até então inédita no laboratório moderno.
O Contexto da Pesquisa
O estudo buscou lançar luz sobre o comportamento do carbono sob pressões extremas, um aspecto crucial tanto para a compreensão do interior dos planetas quanto para o avanço de tecnologias emergentes, como a fusão nuclear. Antes desse experimento, pouco se conhecia sobre o carbono líquido, já que, em condições normais, o elemento passa diretamente do estado sólido para o gasoso. O desafio consiste em que o carbono só se torna líquido a cerca de 4.500 graus Celsius, sob pressões elevadíssimas, limites para além da resistência de qualquer recipiente convencional.
Resultados e Metodologia
A combinação inovadora do laser de alto desempenho DIPOLE100-X — desenvolvido pelo Science and Technology Facilities Council do Reino Unido — e do European XFEL permitiu liquefazer amostras sólidas de carbono por bilionésimos de segundo, suficientes para proceder medições precisas. O experimento empregou pulsos de laser ultracurtos para gerar ondas de compressão e transformar o carbono sólido em líquido, enquanto flashes sincronizados de raios-X revelavam a estrutura atômica transitória.
As medições indicaram, pela primeira vez de forma experimental, que o carbono líquido mantém quatro vizinhos mais próximos, estrutura semelhante ao diamante sólido. Este dado não apenas corrobora simulações sofisticadas preexistentes, como evidencia semelhanças com líquidos complexos como a água, de acordo com o professor Dominik Kraus, líder do grupo de trabalho do Carbono:
“Esta é a primeira vez que conseguimos observar experimentalmente a estrutura do carbono líquido. Nosso experimento confirma as previsões feitas por simulações sofisticadas de carbono líquido. Estamos diante de uma forma complexa de líquido, comparável à água, com propriedades estruturais muito especiais.”
(“This is the first time we have ever been able to observe the structure of liquid carbon experimentally. Our experiment confirms the predictions made by sophisticated simulations of liquid carbon. We are looking at a complex form of liquid, comparable to water, that has very special structural properties.”)— Prof. Dominik Kraus, Universidade de Rostock e HZDR
O estudo também permitiu definir com precisão inédita o ponto de fusão do carbono. Segundo os pesquisadores, a confiabilidade desses dados é fundamental para modelos planetários e para projetar estratégias de geração de energia por fusão nuclear.
Implicações e Próximos Passos
Além de inaugurar uma nova era da análise de materiais sob condições extremas, a pesquisa representa avanços técnicos capazes de acelerar significativamente futuros experimentos. O líder do grupo HED, Dr. Ulf Zastrau, destaca:
“Agora temos a caixa de ferramentas para caracterizar matéria sob condições altamente exóticas em detalhes incríveis.”
(“We now have the toolbox to characterize matter under highly exotic conditions in incredible detail.”)— Dr. Ulf Zastrau, European XFEL
Os especialistas aguardam que o aprimoramento dos sistemas automáticos de controle e processamento de dados permita obter resultados em poucos segundos, impulsionando investigações em áreas que vão da ciência planetária à energia de fusão.
O trabalho põe o laboratório europeu na vanguarda do estudo de matéria em estados extremos, ampliando as fronteiras do conhecimento sobre elementos fundamentais. O campo aguarda novas rodadas experimentais, que prometem transformar a compreensão dos materiais sob pressões e temperaturas antes inatingíveis, com impactos científicos e tecnológicos que transcendem a física e a engenharia.
Fonte: (ScienceDaily – Ciência)
