Исследователи, которые производят самую холодную плазму во вселенной, просто нашли способ сделать их еще холоднее - взрывая их лазерами.
Ученые охладили плазму примерно до 50 тысячных градусов выше абсолютного нуля, примерно в 50 раз холоднее, чем в глубоком космосе.
Эта холодная плазма может показать, как подобная плазма ведет себя в центрах звезд белых карликов и глубоко в ядре газовых планет, таких как наш космический сосед Юпитер, сообщили исследователи в новом исследовании.
Плазма - это тип газа, но он достаточно отличается, чтобы быть признанным одним из четырех основных состояний вещества (наряду с газом, жидкостью и твердым веществом). В плазме значительное количество электронов было отделено от их атомов, создавая состояние, в котором свободные электроны движутся вокруг ионов или атомов, имеющих положительный или отрицательный заряд.
Температура в естественной плазме обычно очень высока; например, плазма на поверхности солнца бурлит при 10 800 градусах по Фаренгейту (6000 градусов по Цельсию). Охлаждая плазму, ученые могут проводить более подробные наблюдения, чтобы лучше понять ее поведение в экстремальных условиях, например, в тех, которые волнуют соседей по газовому гиганту.
Будь более холодным
Так зачем использовать лазеры для охлаждения плазмы?
«Лазерное охлаждение использует тот факт, что свет имеет импульс», - сказал в прямом эфире Live Science ведущий исследователь Томас Киллиан, профессор физики и астрономии в Университете Райса в Техасе. «Если у меня есть ион в плазме, и у меня есть лазерный луч, рассеивающий свет от этого иона, каждый раз, когда ион рассеивает фотон, он получает толчок в направлении лазерного луча», - сказал Киллиан.
Это означает, что если лазерный луч противодействует естественному движению иона, каждый раз, когда ион рассеивает свет, он теряет некоторый импульс, что замедляет его.
«Это как идти в гору или патоку», - сказал он.
Для своих экспериментов Киллиан и его коллеги произвели небольшое количество нейтральной плазмы - плазмы с относительно равным количеством положительных и отрицательных зарядов - испаряя металлический стронций и затем ионизируя облако. Плазма рассеялась менее чем за 100 миллионов долей секунды, что не оставило ученым много времени, чтобы охладить ее, прежде чем она исчезла. Чтобы лазерное охлаждение работало, им нужно было предварительно охладить плазму, еще больше замедляя ионы. В итоге полученная плазма была примерно в четыре раза холоднее, чем когда-либо созданная ранее, сообщили авторы исследования.
По словам Киллиана, сборка деталей, необходимых для генерации сильно охлажденной плазмы, заняла около 20 лет, хотя сами эксперименты длились менее доли секунды - и были проведены тысячи и тысячи экспериментов.
«Когда мы создаем плазму, она живет всего пару сотен микросекунд. Каждый,« сделавший плазму, охладивший ее лазером, посмотрев и увидев, что произошло », занимает менее миллисекунды», - сказал он. «Требуются дни и дни, чтобы на самом деле собрать достаточно данных, чтобы сказать:« А, вот как ведет себя плазма »».
Становится холоднее
Результаты исследования вызывают много вопросов о том, как ультрахолодная плазма может взаимодействовать с энергией и веществом; поиск ответов может помочь создать более точные модели звезд белых карликов и газовых планет-гигантов, у которых плазма глубоко внутри, которая ведет себя подобно плазме, охлаждаемой в лаборатории.
«Нам нужны лучшие модели этих систем, чтобы мы могли понимать формирование планет», - сказал Киллиан. «Это первый раз, когда у нас был настольный эксперимент, в котором мы можем реально измерить вещи, чтобы подать в эти модели».
Создание еще более холодной плазмы также может оказаться в пределах досягаемости, что может еще больше изменить понимание учеными того, как ведет себя эта таинственная форма материи, сказал Киллиан в интервью журналу Live Science.
«Если мы сможем охладить его еще на порядок, мы сможем приблизиться к прогнозам того, где плазма может фактически стать твердым веществом, но странное твердое тело в 10 раз менее плотное, чем любое другое твердое тело, которое когда-либо делали люди», - сказал Киллиан.
«Это было бы очень, очень интересно», добавил он.
Результаты были опубликованы онлайн в четверг (3 января) в журнале Science.
Примечание редактора: эта история была обновлена, чтобы скорректировать температуру поверхности Солнца от 3,5 миллионов градусов по Фаренгейту (2 миллиона градусов по Цельсию), что представляет собой более горячий интерьер звезды.
Оригинальная статья на Живая Наука.
