Nhiệt độ trong quá trình này còn cao hơn nhiệt độ bề mặt Mặt trời. Điều đặc biệt là trạng thái cực hạn chỉ tồn tại khoảng một phần tỷ giây, khiến việc đo cấu trúc nguyên tử của kim cương khi nó đang nóng chảy cực kỳ khó khăn.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng hệ thống laser Omega tại Đại học Rochester cùng kỹ thuật nhiễu xạ tia X để lần đầu tiên theo dõi trực tiếp cấu trúc của kim cương bị nén bằng sóng xung kích cho tới thời điểm nóng chảy.

Khoảng 20 năm trước, các thí nghiệm cho thấy một hiện tượng bất thường: Khi kim cương nóng chảy dưới áp suất cực cao, carbon ở trạng thái lỏng có thể đặc hơn kim cương rắn. Điều này có nghĩa kim cương có thể nổi trên carbon lỏng, tương tự như nước đá nổi trên nước.

Tuy nhiên, nhiệt độ nóng chảy đo được trong các thí nghiệm cũ lệch khoảng 20% so với dự đoán của các mô hình lý thuyết. Những mô phỏng máy tính dựa trên cơ học lượng tử cũng không thể tái tạo chính xác kết quả thực nghiệm.

Các phép đo mới có chất lượng cao hơn đã xác định lại nhiệt độ nóng chảy và cho kết quả gần như trùng khớp với các mô phỏng lượng tử, qua đó giải quyết mâu thuẫn kéo dài hai thập kỷ.

Các thí nghiệm trước đây tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia từng cho thấy kim cương có thể chuyển sang một cấu trúc tinh thể trung gian trước khi biến thành carbon lỏng. Một số mô phỏng máy tính cũng ủng hộ khả năng này.

Tuy nhiên, phép đo tia X mới cho thấy kim cương vẫn giữ cấu trúc tinh thể ban đầu cho tới khi nóng chảy. Không có pha tinh thể trung gian nào được quan sát trong thí nghiệm.

Các nhà nghiên cứu cho rằng nguyên nhân có thể nằm ở tốc độ cực nhanh của quá trình nén: khi chỉ chịu một cú sốc duy nhất, các nguyên tử carbon không có đủ thời gian để sắp xếp lại thành cấu trúc mới và bị “mắc kẹt” trong cấu trúc kim cương cho tới khi tan chảy.

Điều này cho thấy không chỉ áp suất và nhiệt độ mà cách thức vật liệu bị nén cũng có thể quyết định cấu trúc mà nó hình thành.

Nghiên cứu cũng giúp giải thích những gì có thể xảy ra sâu bên trong Sao Hải Vương và Sao Thiên Vương. Các hành tinh băng khổng lồ này có áp suất và nhiệt độ cực cao bên trong.

Một số mô hình cho rằng carbon trong các hợp chất chứa hydro và oxy ở sâu bên trong hành tinh có thể kết tinh thành kim cương. Những viên kim cương này sau đó sẽ chìm xuống dưới tác dụng của trọng lực, tạo ra hiện tượng thường được gọi là “mưa kim cương”.

Vì thí nghiệm mới khảo sát kim cương ở áp suất thậm chí còn cao hơn điều kiện dự kiến bên trong hai hành tinh, dữ liệu mới sẽ giúp các nhà khoa học xây dựng mô hình chính xác hơn về cấu trúc, quá trình hình thành và tiến hóa của Sao Hải Vương và Sao Thiên Vương.