Дослідники, які роблять найхолодніші плазми у Всесвіті, просто знайшли спосіб зробити їх ще холоднішими - підриваючи їх лазерами.
Вчені охолодили плазму приблизно до 50-тисячних градусів вище абсолютного нуля, приблизно в 50 разів холодніше, ніж у глибокому космосі.
Ця холодна плазма могла б виявити, як подібні плазми поводяться в центрах білих карликових зірок і глибоко в ядрі газових планет, як наш космічний сусід Юпітер, повідомили дослідники в новому дослідженні.
Плазма - це тип газу, але він досить інший, щоб бути визнаним одним із чотирьох основних станів речовини (поряд із газом, рідким та твердим). У плазмі значна кількість електронів відокремлена від їх атомів, створюючи стан, коли вільні електрони блискають навколо іонів, або атоми, що мають або позитивний, або негативний заряд.
Температура в природній плазмі зазвичай дуже висока; наприклад, плазма на поверхні сонця кипить при 10 800 градусах за Фаренгейтом (6000 градусів Цельсія). Охолоджуючи плазму, вчені можуть зробити більш детальні спостереження, щоб краще зрозуміти її поведінку в екстремальних умовах, як ті, що катають наших сусідів з газовими гігантами.
Будьте більш холодними
Тож навіщо використовувати лазери, щоб допомогти плазмі охолонути?
"Лазерне охолодження скористається тим, що світло має імпульс", - розповів Live Science головний автор дослідження Томас Кілліан, професор фізики та астрономії університету Райсу в Техасі. "Якщо у мене в плазмі іон і у мене лазерний промінь, що розсіює світло від цього іона, кожного разу, коли іон розсіює фотон, він отримує поштовх у напрямку лазерного променя", - сказав Кілліан.
Це означає, що якщо лазерний промінь протистоїть природного руху іона, кожного разу, коли іон розсіює світло, він втрачає деякий імпульс, що сповільнює його.
"Це як ходити в гору або в патоці", - сказав він.
Для своїх експериментів Кілліан та його колеги виробляли невелику кількість нейтральної плазми - плазми з відносно рівною кількістю позитивних і негативних зарядів - випаровуючи метал стронцію, а потім іонізуючи хмару. Плазма розсіювалася менше ніж на 100 мільйонів секунди, що не залишало вченим багато часу, щоб охолодити її, перш ніж вона зникла. Щоб лазерне охолодження працювало, їм потрібно було попередньо охолодити плазму, ще більше уповільнивши іони. Зрештою, отримана плазма виявилася приблизно в чотири рази холоднішою, ніж будь-яка, що створювалася раніше, повідомляють автори дослідження.
Збірка шматочків, необхідних для отримання сильно охолодженої плазми, зайняла близько 20 років, хоча самі експерименти тривали менше частки секунди - і було проведено тисячі і тисячі експериментів, сказав Кілліан.
"Коли ми створюємо плазму, вона живе лише пару сотень мікросекунд. Кожен" зроби плазму, остуди її лазером, подивись і побачиш, що сталося "менше мілісекунди", - сказав він. "Минули дні і дні, щоб насправді накопичити достатньо даних, щоб сказати:" Так, так поводиться плазма ".
Йде холодніше
Результати дослідження пропонують безліч питань про те, як ультрахолодна плазма може взаємодіяти з енергією та речовиною; пошук відповідей міг би допомогти створити більш точні моделі білих карликових зірок та планет-гігантських газів, у яких глибина плазми в інтер'єрах, яка поводиться аналогічно плазмі, охолодженій в лабораторії.
"Нам потрібні кращі моделі цих систем, щоб ми могли зрозуміти формування планети", - сказав Кілліан. "Це перший раз, коли ми провели настільний експеримент, в якому насправді можна виміряти речі, щоб подати ці моделі".
Створення плазми, яка ще холодніша, також може бути в межах досяжності, що може додатково перетворити розуміння вченими того, як поводиться ця таємнича форма речовини, Кілліан розповів Live Science.
"Якщо ми можемо охолодити його ще на порядок, ми можемо наблизитись до прогнозів, де плазма може насправді стати твердою речовиною - але химерна тверда речовина в 10 разів менш щільна, ніж будь-яка тверда речовина, яку люди коли-небудь робили", - сказав Кілліан.
"Це було б дуже, дуже хвилююче", - додав він.
Ці результати були опубліковані в Інтернеті в четвер (3 січня) в журналі Science.
Примітка редактора: Ця історія була оновлена, щоб виправити температуру поверхні Сонця від 3,5 мільйона градусів Фаренгейта (2 мільйони градусів Цельсія), що являє собою гарячий інтер'єр зірки.
Оригінальна стаття про Жива наука.
