นักวิจัยยิงเลเซอร์ใส่ขวดน้ำเพื่อศึกษาสภาพดาวเคราะห์ได้ของแถมเป็นวิธีผลิตเพชรสังเคราะห์

สมบัติทางเคมีของขวดพลาสติกกับดาวเคราะห์และการสร้างเพชร

ขวดพลาสติกมีชื่อทางเคมีว่าโพลิเอทิลีนเทริฟทาเลต (Polyethylene Terephthalate: PET) ซึ่งมีโครงสร้างพันธะคล้ายคลึงกับส่วนในสุดของดาวเคราะห์น้ำแข็งยักษ์อย่างดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน นักวิจัยจึงได้นำกระบวนการทดลองทางฟิสิกส์เข้ามาใช้กับขวดพลาสติก PET เพื่อแกะรอยการเกิดสภาพเดียวกันในส่วนในสุดของดาวทั้ง 2 ดวง นอกจากจะเข้าใจถึงกระบวนการเกิดภายในดาวเคราะห์น้ำแข็งยักษ์แล้ว ยังได้กระบวนการผลิตเพชรจิ๋ว (Nanodiamond) เป็นของแถมในการวิจัยอีกด้วย

เป้าหมายการวิจัยดาวเคราะห์ด้วยขวดพลาสติก

การวิจัยครั้งนี้นำโดยกลุ่มนักวิทยาศาสตร์จากประเทศฝรั่งเศสและเยอรมนีในการออกแบบการทดลองเพื่อหาว่าอะไรที่ทำให้เกิดสภาพโครงสร้างผลึกซึ่งเชื่อว่าเป็นโครงสร้างแบบเดียวกันกับที่มนุษย์สร้างพันธะขวดพลาสติก PET ขึ้นมา เนื่องจากทุกคนทราบดีว่าดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน เป็นดาวเคราะห์น้ำแข็งยักษ์ที่มีการหมุนรอบตัวเอง ทั้ง ๆ ที่ไม่ได้มีโครงสร้างแบบโลกที่เหมือนหินล้อมรอบแกนปฏิกรณ์นิวเคลียร์ยักษ์เอาไว้ (แกนโลกที่เหมือนเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทำหน้าที่หมุนตัวโลกเองและสร้างสนามแม่เหล็กเป็นม่านพลังล้อมโลก) 

นักวิจัยเลือกใช้การยิงเลเซอร์เพื่อสร้างช็อกเวฟ (Shock Wave) หรือการยิงคลื่นแสงความเข้มข้นสูงแต่เป็นช่วงระยะเวลาสั้น ๆ เพื่อสร้างความเปลี่ยนแปลงทั้งความดันและอุณหภูมิของขวดพลาสติก PET ที่ทำปฏิกิริยากับน้ำที่อยู่ในรูปแบบไอน้ำซึ่งอยู่ในบรรยากาศในเวลาเดียวกัน จากนั้นจะทำการศึกษาโครงสร้างด้วยการฉายรังสีใส่ลงไปยังชิ้นส่วนตัวอย่างเพื่อสังเกตการหักเห (X-ray Diffraction) และการกระเจิง (X-ray Scattering) ของรังสี (คุณสมบัติทั้ง 2 ประเภท จะบ่งบอกลักษณะโครงสร้างผลึก ธาตุประกอบ การเรียงตัว และคุณสมบัติทางฟิสิกส์อื่น ๆ) เพื่อศึกษาลักษณะการเปลี่ยนแปลงทางโครงสร้างที่เกิดขึ้น 

ผลลัพธ์การวิเคราะห์ขวดพลาสติกทำให้ได้ข้อมูลดาวเคราะห์และการสร้างเพชร

ผลลัพธ์จากการทดลองยิงคลื่นใส่ขวดพลาสติก PET นั้นพบว่าเกิดโครงสร้างของเพชรที่ความดัน 72 กิกะพาสคาล (GPa) หรือแรงกดทับมากกว่า 720 ตันต่อตารางเซนติเมตร กับที่ความดัน 125 กิกะพาสคาล (GPa) หรือแรงกดทับ 1.25 ล้านตันต่อตารางเซนติเมตร ซึ่งถือเป็นความดันมหาศาลที่สอดคล้องกับการเกิดโครงสร้างคล้ายกันนี้ในดาวยูเรนัสและดาวเนปจูน โดยทั้ง 2 กรณีเกิดขึ้นที่อุณหภูมิราว ๆ 3,200 - 5,700 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นการไขความลับของการเคลื่อนที่ที่แกนกลางของดาวยูเรนัสและดาวเนปจูน

นอกจากนี้ นักวิจัยยังได้ค้นพบกระบวนการสร้างเพชรจิ๋ว (Nanodiamond) จากขวดพลาสติก PET ซึ่งใช้อากาศที่มีออกซิเจน (Oxygen) เป็นตัวทำปฏิกิริยาได้ เปิดทางการผลิตเพชรจิ๋วสำหรับอุปกรณ์ทางควอนตัมฟิสิกส์ (Quantum Physics) และอุปกรณ์ในการทำระเบิดสำหรับทำเหมืองหรืออื่น ๆ แม้ว่าหลักการทำจะเรียบง่าย เพียงแค่ยิงเลเซอร์ใส่ขวดพลาสติกแล้วก็ได้เพชรออกมา แต่เพชรจิ๋วที่ได้นั้นยังน้อยเกินไป และยังไม่สามารถควบคุมกระบวนการผลิตให้สเถียรได้ในตอนนี้

ที่มาข้อมูล BBC Science Focus Magazine, Science News, ScienceAdvance (Journal)