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Cientistas derretem diamante perto de 1 terapascal com lasers de alta potência no OMEGA Laser Facility, mede fusão em torno de 7.300 K e corrige em cerca de 700 °C um erro que afetava modelos de fusão nuclear e de planetas gigantes
Escrito por Flavia Marinho
Publicado em 20/09/2026 às 10:42
Atualizado em 20/09/2026 às 10:58
Ciência e Tecnologia
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Cientistas derretem diamante com lasers a pressões de até 1 terapascal e descobrem erro de cerca de 700 °C em medições usadas por pesquisas avançadas de fusão nuclear
Um pedaço microscópico de diamante foi submetido a pressões superiores às do centro de Urano e Netuno, aquecido a temperaturas mais altas que a superfície do Sol e observado durante apenas bilionésimos de segundo. O resultado corrigiu uma diferença de cerca de 700 °C que persistia havia duas décadas entre experimentos e cálculos sobre quando o diamante realmente derrete.
O trabalho, publicado na Nature Physics, foi conduzido por uma equipe liderada pelo Lawrence Livermore National Laboratory, nos Estados Unidos. Os pesquisadores usaram lasers de alta potência no OMEGA Laser Facility, da Universidade de Rochester, para lançar ondas de choque através de pequenas amostras de diamante e medir simultaneamente estrutura atômica, temperatura, densidade e refletividade.
O ponto central está na curva de fusão do carbono sob pressões extremas. As novas medições colocaram a fusão do diamante perto de 7.300 kelvin, aproximadamente 7.000 °C, em uma faixa de centenas de gigapascals até cerca de 1 terapascal. Isso aproximou pela primeira vez o resultado experimental das simulações quânticas que há anos previam temperaturas menores que as medidas em laboratório.
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Uma diferença de 20% resistiu por quase duas décadas
O problema começou em experimentos anteriores de alta pressão. Pesquisadores já sabiam que o diamante podia ser levado à fusão, mas as temperaturas medidas experimentalmente ficavam cerca de 20% acima do que os modelos teóricos indicavam. Nem mesmo simulações mais sofisticadas conseguiam reproduzir os números obtidos no laboratório.
A discrepância equivalia a mais de 1.300 graus Fahrenheit, ou aproximadamente 700 °C. Em física de altas energias, uma diferença dessa ordem não é um detalhe: ela altera a maneira como cientistas calculam a resposta do carbono a choques violentos, a compressão de cápsulas de combustível e o comportamento de materiais dentro de planetas gigantes.
Para resolver a questão, a equipe precisou observar o diamante enquanto ele ainda estava sob choque. O estado extremo durava apenas cerca de um bilionésimo de segundo. Nesse intervalo, os pesquisadores combinaram difração de raios X, pirometria, medições de velocidade e refletividade óptica para acompanhar simultaneamente estrutura, temperatura e mudança de fase.
Segundo o LLNL, foi a primeira vez que diamante comprimido por choque foi acompanhado por difração de raios X até a fusão. O desafio é particularmente grande porque o carbono é leve e espalha poucos raios X, produzindo um sinal muito fraco justamente quando as condições do experimento mudam de forma extremamente rápida.
Diamante permaneceu diamante até virar carbono líquido
Outra surpresa veio da estrutura atômica. Trabalhos anteriores haviam levantado a possibilidade de o carbono passar primeiro por uma fase cristalina conhecida como BC8 antes de derreter. A nova experiência mostrou um caminho diferente para uma amostra submetida a um único choque.
A estrutura cúbica do diamante permaneceu detectável até a transição para o estado líquido. A equipe não observou a formação intermediária de BC8. A interpretação é que o choque acontece rápido demais para os átomos reorganizarem completamente a rede cristalina antes da fusão.
Esse detalhe também ajuda a entender por que experimentos feitos com caminhos diferentes de compressão podem produzir respostas aparentemente incompatíveis. Sob condições extremas, não basta conhecer pressão e temperatura; a velocidade e a sequência com que essas condições são aplicadas podem determinar quais fases conseguem efetivamente se formar.
Os dados também reforçaram uma característica incomum do carbono: sob essas pressões, o diamante sólido é menos denso que o carbono líquido metálico. O efeito é comparável ao gelo flutuando sobre água. Em um reservatório hipotético de carbono líquido, pedaços de diamante tenderiam a permanecer acima do líquido, e não afundar.
Correção pode mudar a forma de comprimir combustível em experimentos de fusão
O interesse em diamante vai muito além da joalheria. Em experimentos de fusão por confinamento inercial, materiais de carbono de alta densidade podem formar a cápsula que envolve o combustível. Lasers comprimem essa cápsula para dentro, produzindo pressões e temperaturas enormes até que o combustível alcance condições para fusão.
Durante a implosão, a maneira como a cápsula derrete é crítica. Se o material apresentar irregularidades ou instabilidades, pequenas imperfeições podem crescer e prejudicar a compressão do combustível. Por isso, os projetos usam choques fortes o suficiente para garantir que a camada de diamante passe ao estado líquido de forma uniforme.
Com a nova curva de fusão, os pesquisadores concluem que pode ser possível utilizar um primeiro choque um pouco mais fraco e ainda derreter completamente a cápsula. Um choque inicial mais suave deixa o combustível mais compressível durante as etapas seguintes da implosão.
Modelos citados pelo LLNL indicam que essa alteração poderia triplicar o ganho de energia em determinadas configurações, desde que outros mecanismos de degradação também sejam controlados. O resultado não significa uma triplicação automática em qualquer experimento, mas oferece uma nova variável de projeto para instalações como o National Ignition Facility.
Experimento também ajuda a explicar a possível chuva de diamantes em Urano e Netuno
As mesmas pressões que interessam à fusão aparecem no interior de planetas gigantes. Urano e Netuno contêm grandes quantidades de elementos leves e compostos ricos em carbono, e modelos indicam que, em determinadas profundidades, o carbono pode se separar e cristalizar.
É daí que vem a hipótese de uma chuva de diamantes: cristais poderiam se formar no interior desses planetas e atravessar camadas de material quente e denso. Conhecer com precisão quando o diamante permanece sólido e quando se transforma em carbono líquido melhora os modelos usados para estimar esse comportamento.
O experimento ultrapassou as pressões encontradas no interior dos dois gigantes de gelo. Isso permite usar os dados como referência para simulações de composição, transporte de calor e evolução de planetas ricos em carbono, inclusive exoplanetas submetidos a condições ainda mais extremas.
A equipe agora pretende usar instalações como o National Ignition Facility para alcançar regimes mais difíceis e estudar como o diamante responde a sequências de vários choques. Depois de décadas de divergência, o novo experimento mostrou que até um material tão conhecido como o diamante ainda podia esconder um erro de centenas de graus em uma de suas propriedades mais fundamentais. Você imaginava que uma correção no ponto de fusão do diamante pudesse alterar cálculos de fusão nuclear e de planetas gigantes? Comente e compartilhe a matéria.
Conteúdo reproduzido originalmente em: clickpetroleoegas por Flavia Marinho.