Изследователи, които правят най-студените плазми във Вселената, просто намериха начин да ги направят още по-студени - като ги взривяват с лазери.
Учените охлаждат плазмата до около 50 хилядни от градус над абсолютната нула, около 50 пъти по-студена, отколкото в дълбокото пространство.
Тази мразовита плазма може да разкрие как подобни плазми се държат в центровете на бели звезди джуджета и дълбоко в сърцевината на газовите планети като нашия космически съсед Юпитер, съобщават изследователи в ново проучване.
Плазмата е вид газ, но е достатъчно различен, за да бъде разпознат като едно от четирите основни състояния на материята (наред с газ, течност и твърдо вещество). В плазмата значителен брой електрони са отделени от техните атоми, създавайки състояние, при което свободните електрони ципират около йони или атоми, които имат или положителен, или отрицателен заряд.
Температурите в естествено срещаща се плазма обикновено са много високи; например плазмата на повърхността на слънцето кипи при 10 800 градуса по Фаренхайт (6000 градуса по Целзий). Чрез охлаждане на плазмата учените могат да направят по-подробни наблюдения, за да разберат по-добре нейното поведение при екстремни условия, като онези, които въртят нашите съседи с газови гиганти.
Бъдете по-студени
Така че защо да използвате лазери, за да помогнете на плазмата да изстине?
"Лазерното охлаждане се възползва от факта, че светлината има скорост", заяви пред Live Science авторът на изследването Томас Килиан, професор по физика и астрономия от университета Райс в Тексас. "Ако имам йон в плазмата и имам лазерен лъч, разсейващ светлина от този йон, всеки път, когато йонът разпръсне фотон, той получава тласък в посока на лазерния лъч", каза Килиан.
Това означава, че ако лазерен лъч се противопостави на естественото движение на йона, всеки път, когато йонът разпръсква светлината, той губи известна скорост, което го забавя.
"Това е като ходене нагоре или в меласа", каза той.
За своите експерименти Килиан и неговите колеги произвеждат малки количества неутрална плазма - плазма със сравнително равен брой положителни и отрицателни заряди - изпарява метала на стронция и след това йонизира облака. Плазмата се разсейва за по-малко от 100 милионни секунди, което не оставя много време на учените да я охладят, преди да изчезне. За да работи лазерното охлаждане, те трябваше предварително да охладят плазмата, забавяйки йони още повече. В крайна сметка получената плазма е била около четири пъти по-студена от която и да било, създавана преди, съобщават авторите на изследването.
Сглобяването на парчетата, необходими за генериране на силно охладена плазма, отне около 20 години, въпреки че самите експерименти продължиха по-малко от част от секундата - и бяха извършени хиляди и хиляди експерименти, каза Килиан.
„Когато създаваме плазма, тя живее само няколкостотин микросекунди. Всяко„ направете плазма, охладете я с лазер, погледнете и вижте какво се е случило “е по-малко от милисекунда“, каза той. "Необходими са дни и дни, за да се съберат достатъчно данни, за да се каже:" А, така се държи плазмата "."
Става по-студено
Констатациите от изследването приканват много въпроси за това как ултра студената плазма може да взаимодейства с енергия и материя; намирането на отговори би могло да помогне за създаването на по-точни модели на бели звезди джуджета и газови гигантски планети, които имат вътрешно плазма, която се държи подобно на охладената в лабораторията плазма.
"Нуждаем се от по-добри модели на тези системи, за да можем да разберем формирането на планетата", каза Килиан. „Това е първият път, когато проведохме експеримент на настолни компютри, в който реално можем да измерим нещата, които да се въвеждат в тези модели.“
Създаването на плазма, която е още по-студена, също може да бъде на разположение, което би могло допълнително да трансформира разбирането на учените за това как се държи тази мистериозна форма на материята, каза Килиан пред Live Science.
"Ако можем да го охладим с друг порядък, можем да се доближим до прогнозите за това къде плазмата всъщност може да се превърне в твърдо вещество - но причудливо твърдо вещество 10 пъти по-малко плътно от всяко твърдо вещество, което хората някога са правили", каза Килиан.
"Това би било много, много вълнуващо", добави той.
Резултатите бяха публикувани онлайн в четвъртък (3 януари) в списание Science.
Бележка на редактора: Тази история е актуализирана, за да коригира температурата на повърхността на слънцето от 3,5 милиона градуса по Фаренхайт (2 милиона градуса по Целзий), което представлява по-горещия интериор на звездата.
Оригинална статия на Наука на живо.
