Teadlased, kes teevad universumi kõige külmemad plasmad, leidsid lihtsalt viisi, kuidas neid veelgi külmemaks muuta - plahvatades neid laseritega.
Teadlased jahutasid plasma temperatuurini umbes 50 tuhandikku kraadi absoluutsest nullist, mis on umbes 50 korda külmem kui süvakosmoses.
See jahe plasma võib paljastada, kuidas sarnased plasmid käituvad valgete kääbustähtede keskpunktides ja sügaval gaasiplaneetide tuumades nagu meie kosmiline naaber Jupiter, teatasid teadlased uues uuringus.
Plasma on teatud tüüpi gaas, kuid see on piisavalt erinev, et seda saaks pidada üheks neljast põhilisest mateeria olekust (koos gaasi, vedela ja tahke ainega). Plasmas on nende aatomitest eraldatud märkimisväärne arv elektrone, luues olukorra, kus vabad elektronid tõmbuvad ioonide ümber või aatomid, millel on kas positiivne või negatiivne laeng.
Temperatuurid looduslikult esinevas plasmas on tavaliselt väga kõrged; näiteks päikese pinnale ilmub plasma temperatuuril 10 800 kraadi Fahrenheiti (6000 kraadi). Plasma jahutamise abil saavad teadlased teha üksikasjalikumaid vaatlusi, et paremini mõista selle käitumist ekstreemsetes tingimustes, nagu need, kes meie gaasi hiiglaslike naabrite vahel ringi hiilivad.
Ole rohkem jahe
Miks kasutada plasma jahutamiseks lasereid?
"Laserjahutus kasutab ära asjaolu, et valguses on hoog," rääkis Texase Rice'i ülikooli füüsika- ja astronoomiaprofessor Thomas Killian Live Science'ile. "Kui mul on ioon plasmas ja kui laserkiirega hajutatakse selle iooni valgus, siis iga kord, kui ioon hajutab footoni, saab see tõuke laserkiire suunas," ütles Killian.
See tähendab, et kui laserkiir vastandub iooni loomulikule liikumisele, kaotab ioon iga kord, kui see hajutab, mõne hoo, mis aeglustab seda.
"See on nagu mäkke kõndimine või melass," ütles ta.
Oma eksperimentide jaoks tootsid Killian ja tema kolleegid väikestes kogustes neutraalset plasmat - suhteliselt võrdse arvu positiivsete ja negatiivsete laengutega plasmat - aurustades strontsiummetalli ja seejärel ioniseerides pilve. Plasma hajus vähem kui 100 miljoni sekundi jooksul, mis ei jätnud teadlastel enne jahutamist jahtumiseks palju aega. Laserjahutuse toimimiseks pidid nad plasma eelkoolitama, aeglustades ioone veelgi. Lõppkokkuvõttes oli saadud plasma umbes neli korda külmem kui kunagi varem loodud, teatasid uuringu autorid.
Kiiresti jahtunud plasma saamiseks vajalike tükkide kokkupanek võttis umbes 20 aastat, ehkki katsed ise kestsid vähem kui sekundi murdosa - ja tuhandeid katseid oli tuhandeid, ütles Killian.
"Plasma loomisel elab see ainult paarsada mikrosekundit. Iga" tehke plasma, jahutage seda laseriga, jahutage ja vaatame, mis juhtus "on vähem kui millisekund," ütles ta. "Päevade ja päevade jooksul on vaja piisavalt andmeid koguda, et öelda:" Ah, see on see, kuidas plasma käitub. ""
Läheb külmemaks
Uuringu tulemused kutsuvad esile palju küsimusi selle kohta, kuidas ultrakraadne plasma võib mõjutada energiat ja ainet; vastuste leidmine võib aidata luua täpsemaid valgete kääbustähtede ja gaasi hiiglaslike planeetide mudeleid, mille sisemuses on plasma sügavalt ja mis käituvad sarnaselt laboris jahutatud plasmaga.
"Vajame nende süsteemide paremaid mudeleid, et saaksime aru planeedi moodustumisest," sõnas Killian. "See on esimene kord, kui meil on lauaeksperiment, kus saame tegelikult mõõta asju, mida nendesse mudelitesse sisestada."
Samuti võib käepärast olla ka veelgi külmema plasma loomine, mis võib veelgi muuta teadlaste arusaama selle salapärase ainevormi käitumisest, rääkis Killian Live Science'ile.
"Kui me suudame seda jahutada veel ühe suurusjärgu võrra, võime jõuda ennustuste juurde, kus plasma võib tegelikult tahkeks muutuda - aga veider tahke aine on kümme korda vähem tihe kui ükski tahke aine, mida inimesed on kunagi teinud," sõnas Killian.
"See oleks väga-väga põnev," lisas ta.
Tulemused avaldati veebis neljapäeval (3. jaanuaril) ajakirjas Science.
Toimetaja märkus: Seda lugu värskendati, et korrigeerida päikese pinnatemperatuuri 3,5 miljonist Fahrenheiti kraadist (2 miljonit kraadi Celsiuse järgi), mis tähistab tähe kuumemat siseruumi.
Algne artikkel teemal Elav teadus.
