Vedci, ktorí vyrábajú najchladnejšie plazmy vo vesmíre, práve našli spôsob, ako ich ešte viac ochladiť - pomocou tryskania laserom.
Vedci ochladili plazmu na asi 50-tisíciny stupňa nad absolútnou nulou, asi 50-krát chladnejšie ako v hlbokom vesmíre.
Táto chladná plazma mohla odhaliť, ako sa podobné plazmy správajú v centrách bielych trpasličích hviezd a hlboko v jadre plynových planét ako náš kozmický sused Jupiter.
Plazma je druh plynu, ale je dosť odlišný na to, aby ho bolo možné rozpoznať ako jeden zo štyroch základných stavov hmoty (popri plyne, kvapaline a tuhej látke). V plazme bol významný počet elektrónov oddelený od ich atómov, čím sa vytvoril stav, v ktorom sa voľné elektróny zipsujú okolo iónov alebo atómy, ktoré majú buď kladný alebo záporný náboj.
Teploty v prirodzene sa vyskytujúcej plazme sú zvyčajne veľmi vysoké; napríklad plazma na povrchu slnka vidí pri 10 800 stupňoch Fahrenheita (6 000 stupňov Celzia). Chladením plazmy môžu vedci robiť podrobnejšie pozorovania, aby lepšie porozumeli jej správaniu v extrémnych podmienkach, ako napríklad tie, ktoré priťahujú susedov našich plynových obrov.
Buďte chladnejší
Prečo teda používať lasery na ochladenie plazmy?
"Laserové chladenie využíva skutočnosť, že svetlo má dynamiku," uviedol vedecký autor Thomas Killian, profesor fyziky a astronómie na Rice University v Texase. „Ak mám v plazme ión a mám laserový lúč rozptyľujúci svetlo z tohto iónu, zakaždým, keď ión rozptyľuje fotón, dostane tlač v smere laserového lúča,“ povedal Killian.
To znamená, že ak laserový lúč pôsobí proti prirodzenému pohybu iónu, zakaždým, keď ión rozptyľuje svetlo, stráca určitú rýchlosť, čo ho spomaľuje.
„Je to ako chodiť do kopca alebo do melasy,“ povedal.
Killian a jeho kolegovia pre svoje experimenty produkovali malé množstvá neutrálnej plazmy - plazmy s relatívne rovnakým počtom pozitívnych a negatívnych nábojov - odparili kov stroncia a potom ionizovali oblak. Plazma sa rozptýlila za menej ako 100 miliónov sekúnd za sekundu, čo vedcom nezanechávalo veľa času na ochladenie pred zmiznutím. Aby laserové chladenie fungovalo, potrebovali predchladiť plazmu a ešte viac spomaliť ióny. Nakoniec bola výsledná plazma asi štyrikrát chladnejšia ako akákoľvek predtým vytvorená, uviedli autori štúdie.
Zostavenie kusov potrebných na výrobu vysoko chladenej plazmy trvalo asi 20 rokov, aj keď samotné experimenty trvali menej ako zlomok sekundy - a boli vykonané tisíce a tisíce experimentov, povedal Killian.
"Keď vytvárame plazmu, žije len pár stoviek mikrosekúnd. Každý z nich vyrobí plazmu, laserom ochladí, pozrie a uvidí, čo sa stalo, je menej ako milisekundu," uviedol. „Skutočne je potrebné zhromaždiť dostatok údajov, aby bolo možné povedať,„ Ah, takto sa správa plazma. “
Zchladne
Zistenia štúdie vyvolávajú veľa otázok o tom, ako môže ultracoldná plazma interagovať s energiou a hmotou; nájdenie odpovedí by mohlo pomôcť vytvoriť presnejšie modely bielych trpaslíkových hviezd a planét s plynovými obrami, ktoré majú vo svojich interiéroch hlboko plazmu, ktorá sa správa podobne ako plazma ochladená v laboratóriu.
„Potrebujeme lepšie modely týchto systémov, aby sme pochopili formovanie planéty,“ povedal Killian. „Je to po prvýkrát, čo sme mali experiment so stolom, v ktorom môžeme skutočne zmerať veci, ktoré sa majú do týchto modelov vložiť.“
Vytvorenie plazmy, ktorá je ešte chladnejšia, môže byť tiež na dosah, čo by mohlo ďalej zmeniť vedecké chápanie toho, ako sa táto záhadná forma hmoty správa, povedala Killian Live Science.
„Ak to dokážeme ochladiť na iný rád, môžeme sa priblížiť predpovedi, kde sa plazma môže skutočne stať pevnou látkou - ale bizarná pevná látka 10-krát menej hustá ako akákoľvek pevná látka, ktorú ľudia kedy vytvorili,“ povedal Killian.
„Bolo by to veľmi, veľmi vzrušujúce,“ dodal.
Zistenia boli uverejnené online vo štvrtok (3. januára) v časopise Science.
Poznámka editora: Tento príbeh bol aktualizovaný tak, aby upravoval teplotu slnečného povrchu z 3,5 milióna stupňov Fahrenheita (2 milióny stupňov Celzia), čo predstavuje horúci interiér hviezdy.
Pôvodný článok o Live Science.
