Naukowcy, którzy wytwarzają najzimniejsze plazmy we wszechświecie, właśnie znaleźli sposób, aby uczynić je jeszcze zimniejszymi - poprzez wysadzenie ich laserem.
Naukowcy ochłodzili plazmę do około 50 tysięcznych stopnia powyżej absolutnego zera, około 50 razy zimniej niż w kosmosie.
Ta chłodna plazma może ujawnić, jak podobne plazmy zachowują się w centrach gwiazd białego karła i głęboko w jądrze planet gazowych, takich jak nasz kosmiczny sąsiad, Jowisz, jak donosili naukowcy w nowym badaniu.
Plazma jest rodzajem gazu, ale na tyle różni się, że można go rozpoznać jako jeden z czterech podstawowych stanów materii (obok gazu, cieczy i ciała stałego). W plazmie znaczna liczba elektronów została oddzielona od atomów, tworząc stan, w którym wolne elektrony krążą wokół jonów lub atomów o ładunku dodatnim lub ujemnym.
Temperatury w naturalnie występującej plazmie są zazwyczaj bardzo wysokie; na przykład plazma na powierzchni Słońca kipi przy 10,800 stopniach Fahrenheita (6000 stopni Celsjusza). Schładzając plazmę, naukowcy mogą dokonywać bardziej szczegółowych obserwacji, aby lepiej zrozumieć jej zachowanie w ekstremalnych warunkach, takich jak te wędrujące po naszych gazowych sąsiadach.
Bądź bardziej wyluzowany
Dlaczego więc korzystać z laserów, aby plazma się ochłodziła?
„Chłodzenie laserowe wykorzystuje fakt, że światło ma pęd” - powiedział Live Science autor prowadzący badanie Thomas Killian, profesor fizyki i astronomii na Rice University w Teksasie. „Jeśli mam jon w plazmie i mam wiązkę laserową rozpraszającą światło z tego jonu, za każdym razem, gdy jon rozprasza foton, zostaje popchnięty w kierunku wiązki laserowej” - powiedział Killian.
Oznacza to, że jeśli wiązka laserowa przeciwstawi się naturalnemu ruchowi jonu, za każdym razem, gdy jon rozprasza światło, traci on pęd, co spowalnia go.
„To jak chodzenie pod górę lub w melasie” - powiedział.
Do swoich eksperymentów Killian i jego koledzy wyprodukowali niewielkie ilości neutralnej plazmy - plazmy o względnie równej liczbie ładunków dodatnich i ujemnych - odparowującej metal strontu, a następnie jonizującej chmurę. Plazma rozproszyła się w czasie krótszym niż 100 milionowych sekundy, co nie pozostawiło naukowcom dużo czasu na jej ochłodzenie, zanim zniknęła. Aby chłodzenie laserowe zadziałało, musieli wstępnie ochłodzić plazmę, jeszcze bardziej spowalniając jony. Ostatecznie powstałe osocze było około czterokrotnie zimniejsze niż jakiekolwiek, które kiedykolwiek powstały wcześniej, donosili autorzy badania.
Składanie elementów potrzebnych do wytworzenia wysoko schłodzonej plazmy trwało około 20 lat, chociaż same eksperymenty trwały mniej niż ułamek sekundy - i przeprowadzono tysiące na tysiące eksperymentów, powiedział Killian.
„Kiedy tworzymy plazmę, żyje ona tylko przez kilkaset mikrosekund. Każde„ zrób plazmę, schłodź ją laserowo, spójrz i zobacz, co się stało ”, to mniej niż milisekunda” - powiedział. „Zebranie wystarczającej ilości danych do powiedzenia:„ Ach, właśnie tak zachowuje się plazma ”zajmuje wiele dni.”
Robi się zimniej
Wyniki badań zapraszają wiele pytań na temat tego, w jaki sposób ultrazimna plazma może oddziaływać z energią i materią; znalezienie odpowiedzi może pomóc w stworzeniu dokładniejszych modeli białych karłów i planet gazowych, które mają plazmę głęboko we wnętrzu, która zachowuje się podobnie do plazmy chłodzonej w laboratorium.
„Potrzebujemy lepszych modeli tych systemów, abyśmy mogli zrozumieć tworzenie się planet” - powiedział Killian. „Po raz pierwszy przeprowadziliśmy eksperyment stołowy, w którym możemy zmierzyć rzeczy, które można zasilić w tych modelach”.
Tworzenie plazmy, która jest jeszcze zimniejsza, może być również w zasięgu ręki, co może jeszcze bardziej przekształcić rozumienie przez naukowców tego, jak zachowuje się ta tajemnicza forma materii, powiedział Killian Live Science.
„Jeśli możemy go schłodzić o kolejny rząd wielkości, możemy zbliżyć się do przewidywań, gdzie plazma może faktycznie stać się ciałem stałym - ale dziwne ciało stałe 10 razy mniej gęste niż jakiekolwiek ciało stałe, które ludzie kiedykolwiek stworzyli” - powiedział Killian.
„To byłoby bardzo, bardzo ekscytujące” - dodał.
Odkrycia zostały opublikowane online w czwartek (3 stycznia) w czasopiśmie Science.
Uwaga edytora: Ta historia została zaktualizowana w celu skorygowania temperatury powierzchni Słońca z 3,5 miliona stopni Fahrenheita (2 miliony stopni Celsjusza), co reprezentuje cieplejsze wnętrze gwiazdy.
Artykuł źródłowy na temat Nauka na żywo.
