Когда вещество разогревают до миллионов градусов, оно превращается в плазму — смесь свободных электронов и ионов, похожую на кипящий суп из заряженных частиц. Заглянуть в такой «суп» обычным термометром нельзя, но можно просветить его рентгеновскими лучами. Рентгеновское томсоновское рассеяние работает как фонарик в тумане: лучи сталкиваются с электронами и разлетаются, а по тому, как изменилась их энергия, можно восстановить температуру и плотность плазмы.
С начала 2000-х этот метод стал главным инструментом для изучения экстремальных состояний вещества в лабораториях. Его используют на мощных лазерных установках, где короткий импульс сжимает образец, и на рентгеновских лазерах на свободных электронах, которые дают сверхъяркие вспышки. Авторы нового обзора собрали вместе результаты всех таких экспериментов: какие элементы изучали, при каких температурах и давлениях, под каким углом направляли лучи и как потом обрабатывали данные. Получилась подробная карта — от лёгкого водорода до тяжёлых металлов.
Обзор также показывает, что разные методы анализа дают немного разные результаты, и это важно учитывать. Например, чтобы извлечь температуру, нужно точно знать, как рассеивают лучи свободные электроны, а тут есть тонкости. В будущем появятся новые, более точные модели и более яркие источники рентгена, которые позволят изучать плазму ещё детальнее — вплоть до поведения отдельных электронов.
Рентгеновское томсоновское рассеяние названо в честь Дж. Дж. Томсона, открывшего электрон: он же первым описал, как свободный электрон рассеивает электромагнитную волну.
В романе Ларри Нивена «Мир-Кольцо» герои используют похожий принцип — рассеяние излучения — чтобы изучать свойства незнакомых материалов на кольце.