Οι ερευνητές που κάνουν τα ψυχρότερα πλάσματα στο σύμπαν βρήκαν έναν τρόπο να τα καταστήσουν ακόμα πιο κρύα - εκσφενδονίζοντας τους με λέιζερ.
Οι επιστήμονες έψαξαν το πλάσμα σε περίπου 50 χιλιοστά του ενός βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν, περίπου 50 φορές πιο κρύο από το βαθύ χώρο.
Αυτό το ψυχρό πλάσμα θα μπορούσε να αποκαλύψει πώς παρόμοια πλάσματα συμπεριφέρονται στα κέντρα αστρικών νάνων και βαθιά στον πυρήνα των πλανητών αερίου όπως ο κοσμικός γείτονάς μας, ο Δίας, σύμφωνα με ερευνητές σε νέα μελέτη.
Το πλάσμα είναι ένα είδος αερίου, αλλά είναι αρκετά διαφορετικό ώστε να αναγνωρίζεται ως μία από τις τέσσερις θεμελιώδεις καταστάσεις της ύλης (μαζί με το αέριο, το υγρό και το στερεό). Στο πλάσμα, ένας σημαντικός αριθμός ηλεκτρονίων έχει διαχωριστεί από τα άτομα τους, δημιουργώντας μια κατάσταση όπου τα ελεύθερα ηλεκτρόνια περνούν γύρω από τα ιόντα ή άτομα που έχουν θετικό ή αρνητικό φορτίο.
Οι θερμοκρασίες στο φυσικώς απαντώμενο πλάσμα είναι τυπικά πολύ υψηλές. για παράδειγμα, το πλάσμα στην επιφάνεια του ηλίου βυθίζεται στους 10.800 βαθμούς Φαρενάιτ (6.000 βαθμούς Κελσίου). Με την ψύξη του πλάσματος, οι επιστήμονες μπορούν να κάνουν πιο λεπτομερείς παρατηρήσεις για να κατανοήσουν καλύτερα τη συμπεριφορά του σε ακραίες συνθήκες, όπως αυτές που κυλούν τους γίγαντες γίγαντες του φυσικού αερίου.
Είναι πιο δροσερό
Γιατί λοιπόν να χρησιμοποιήσετε λέιζερ για να βοηθήσετε το πλάσμα να χαλαρώσει;
"Η ψύξη με λέιζερ εκμεταλλεύεται το γεγονός ότι το φως έχει δυναμική", δήλωσε στο Live Science ο συγγραφέας της μελέτης Thomas Killian, καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο Ράις του Τέξας. "Αν έχω ένα ιόν στο πλάσμα και έχω μια δέσμη λέιζερ που διασκορπίζει το φως από το ιόν, κάθε φορά που το ιόν διασκορπίζει ένα φωτόνιο, πιέζει προς την κατεύθυνση της ακτίνας λέιζερ", ανέφερε ο Killian.
Αυτό σημαίνει ότι αν μια ακτίνα λέιζερ αντιτίθεται στη φυσική κίνηση του ιόντος, κάθε φορά που το ιόν διασκορπίζεται φως, χάνει κάποια ορμή, γεγονός που το επιβραδύνει.
"Είναι σαν το περπάτημα στην ανηφόρα ή σε μελάσα", είπε.
Για τα πειράματά τους, ο Killian και οι συνάδελφοί του παρήγαγαν μικρές ποσότητες ουδέτερου πλάσματος πλάσματος με σχετικά ίσο αριθμό θετικών και αρνητικών φορτίων - εξάτμιση μεταλλικού στροντίου και στη συνέχεια ιονισμού του νέφους. Το πλάσμα διαλύθηκε σε λιγότερο από 100 εκατομμύρια δευτερόλεπτα, γεγονός που δεν άφησε τους επιστήμονες πολύ χρόνο για να το δροσίσουν πριν εξαφανιστούν. Για να λειτουργήσει η ψύξη με λέιζερ, χρειάστηκε να προκαταβάλει το πλάσμα, επιβραδύνοντας ακόμα περισσότερο τα ιόντα. Στο τέλος, το πλάσμα που προέκυψε ήταν περίπου τέσσερις φορές πιο κρύο από οποιοδήποτε άλλο που είχε δημιουργηθεί ποτέ πριν, ανέφεραν οι συγγραφείς της μελέτης.
Η συναρμολόγηση των τεμαχίων που απαιτούνται για την παραγωγή υψηλά ψυχθέντος πλάσματος χρειάστηκε περίπου 20 χρόνια, αν και τα ίδια τα πειράματα κράτησαν λιγότερο από ένα κλάσμα του δευτερολέπτου - και έγιναν χιλιάδες και χιλιάδες πειράματα, ανέφερε ο Killian.
"Όταν δημιουργούμε πλάσμα ζούμε μόνο για ζευγάρι εκατοντάδες μικροδευτερόλεπτα. Ο καθένας 'κάνει πλάσμα, λέιζερ-ψύχει, κοιτάξτε και δείτε τι συνέβη' είναι λιγότερο από ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου," είπε. "Χρειάζονται αρκετές μέρες και μέρες για να συγκεντρωθούν αρκετά δεδομένα για να πει κανείς:" Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο συμπεριφέρεται το πλάσμα. "
Πηγαίνοντας πιο κρύο
Τα ευρήματα της μελέτης προσκαλούν πολλές ερωτήσεις σχετικά με το πώς μπορεί να αλληλεπιδράσει το υπερηχητικό πλάσμα με την ενέργεια και την ύλη. η εξεύρεση απαντήσεων θα μπορούσε να βοηθήσει στη δημιουργία ακριβέστερων μοντέλων άστρων λευκών νάνων και πλανητών αερίου γιγαντιαίων πλανητών, τα οποία έχουν βαθύ πλάσμα στο εσωτερικό τους και συμπεριφέρονται παρόμοια με το πλάσμα που ψύχεται στο εργαστήριο.
"Χρειαζόμαστε καλύτερα μοντέλα αυτών των συστημάτων, ώστε να κατανοήσουμε τον σχηματισμό του πλανήτη", ανέφερε ο Killian. "Αυτή είναι η πρώτη φορά που είχαμε ένα πιατικό πείραμα στο οποίο μπορούμε πραγματικά να μετρήσουμε τα πράγματα για να τροφοδοτήσουμε αυτά τα μοντέλα."
Η δημιουργία πλάσματος που είναι ακόμη πιο κρύο μπορεί επίσης να είναι εφικτή, γεγονός που θα μπορούσε να μεταμορφώσει περαιτέρω την κατανόηση των επιστημόνων για το πώς συμπεριφέρεται αυτή η μυστηριώδης μορφή της ύλης, είπε ο Killian Live Science.
"Εάν μπορούμε να το ψύξουμε σε άλλη τάξη μεγέθους, μπορούμε να φτάσουμε κοντά στις προβλέψεις για το πού το πλάσμα μπορεί πραγματικά να γίνει ένα στερεό - αλλά ένα παράξενο στερεό 10 φορές λιγότερο πυκνό από οποιοδήποτε στερεό που οι άνθρωποι έχουν κάνει ποτέ", είπε ο Killian.
"Αυτό θα ήταν πολύ, πολύ συναρπαστικό", πρόσθεσε.
Τα ευρήματα δημοσιεύθηκαν την Πέμπτη (3 Ιανουαρίου) στο περιοδικό Science.
Σημείωση του συντάκτη: Αυτή η ιστορία ενημερώθηκε για να διορθώσει τη θερμοκρασία της επιφάνειας του ήλιου από 3,5 εκατομμύρια βαθμούς Φαρενάιτ (2 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου), που αντιπροσωπεύει το ζεστό εσωτερικό του αστέρα.
Αρχικό άρθρο σχετικά με Ζωντανή επιστήμη.
