Vědci, kteří dělají nejchladnější plazmy ve vesmíru, právě našli způsob, jak je ještě ochladit - výbuchem lasery.
Vědci ochladili plazmu na asi 50 tisícin stupně nad absolutní nulou, asi 50krát chladnější než v hlubokém vesmíru.
Tato chladná plazma mohla odhalit, jak se podobné plazmy chovají v centrech bílých trpaslíků a hluboko v jádru plynových planet, jako je náš kosmický soused, Jupiter, vědci informovali v nové studii.
Plazma je druh plynu, ale je dost odlišný, aby byl rozpoznán jako jeden ze čtyř základních stavů hmoty (vedle plynu, kapaliny a pevné látky). V plazmě byl značný počet elektronů oddělen od jejich atomů, čímž vznikl stav, kdy se volné elektrony zipují kolem iontů nebo atomů, které mají buď kladný nebo záporný náboj.
Teploty v přirozeně se vyskytující plazmě jsou obvykle velmi vysoké; například plazma na povrchu slunce vidí při 10 800 stupních Fahrenheita (6 000 stupňů Celsia). Chlazením plazmy mohou vědci provádět podrobnější pozorování, aby lépe porozuměli jejímu chování v extrémních podmínkách, jako jsou ti, kteří vrčí naše sousedy plynových obrů.
Buďte chladnější
Proč tedy pomocí laserů pomáhat při chlazování plazmy?
„Chlazení laserem využívá skutečnosti, že světlo má dynamiku,“ řekl živý vědec Thomas Killian, profesor fyziky a astronomie na Rice University v Texasu. "Pokud mám ion v plazmě a mám laserový paprsek rozptylující světlo z tohoto iontu, pokaždé, když iont rozptýlí foton, dostane tlak ve směru laserového paprsku," řekl Killian.
To znamená, že pokud laserový paprsek oponuje přirozenému pohybu iontu, pokaždé, když iontový rozptyl světla ztratí určitou hybnost, což ho zpomalí.
„Je to jako chodit do kopce nebo do melasy,“ řekl.
Killian a jeho kolegové pro své experimenty produkovali malá množství neutrální plazmy - plazmy s relativně stejným počtem pozitivních i negativních nábojů - odpařování kovového stroncia a poté ionizaci mraku. Plazma se rozptýlila za méně než 100 milionů vteřin, což vědcům nezanechalo mnoho času na vychladnutí, než zmizela. Aby laserové chlazení fungovalo, potřebovali předchladit plazmu a ještě více zpomalit ionty. Nakonec byla výsledná plazma asi čtyřikrát chladnější než jakákoli dříve vytvořená, uvedli autoři studie.
Sestavení kusů potřebných k vytvoření vysoce chlazené plazmy trvalo asi 20 let, i když samotné experimenty trvaly méně než zlomek sekundy - a byly provedeny tisíce a tisíce experimentů, řekl Killian.
"Když vytváříme plazmu, žije to jen pár stovek mikrosekund. Každý z nich vyrobí plazmu, laserem vychladne, podívá se a uvidí, co se stalo", je méně než milisekundu, "řekl. "Ve skutečnosti trvá dny a dny, než se skutečně vytvoří dostatek údajů, abych řekl:" Aha, takto se plazma chová. ""
Zchladne
Výsledky studie vyvolávají spoustu otázek o tom, jak ultracoldová plazma může interagovat s energií a hmotou; nalezení odpovědí by mohlo pomoci vytvořit přesnější modely bílých trpaslíků a planet obřích plynů, které mají hluboko v jejich plazmě plazmu, která se chová podobně jako plazma chlazená v laboratoři.
"Potřebujeme lepší modely těchto systémů, abychom mohli porozumět formování planety," řekl Killian. "Je to poprvé, kdy jsme měli stolní experiment, ve kterém můžeme skutečně měřit věci, které mají být do těchto modelů vloženy."
Vytváření plazmy, která je ještě chladnější, může být také na dosah, což by mohlo dále transformovat chápání vědců o tom, jak se tato tajemná forma hmoty chová, řekl Killian Live Science.
„Pokud to dokážeme ochladit na další velikost, můžeme se přiblížit předpovědím, kde se plazma může skutečně stát pevnou látkou - ale bizarní pevná látka 10krát méně hustá než jakákoli pevná látka, kterou lidé kdy vytvořili,“ řekl Killian.
„To by bylo velmi, velmi vzrušující,“ dodal.
Výsledky byly zveřejněny ve čtvrtek (3. ledna) v časopise Science.
Poznámka editora: Tento příběh byl aktualizován tak, aby korigoval teplotu povrchu slunce z 3,5 milionu stupňů Fahrenheita (2 miliony stupňů Celsia), což představuje teplejší interiér hvězdy.
Původní článek o Živá věda.
