Tutkijat, jotka tekevät universumin kylmimmistä plasmista, löysivät vain tavan tehdä niistä vielä kylmempiä - räjäyttämällä ne laserilla.
Tutkijat jäähdyttivät plasman noin 50 tuhannesosaan asteesta, joka oli absoluuttisen nollan yläpuolella, noin 50 kertaa kylmempi kuin syvässä tilassa.
Tämä kylmä plasma saattoi paljastaa kuinka samanlaiset plasmat käyttäytyvät valkoisten kääpiötähtien keskuksissa ja syvällä kaasuplaneettojen ytimessä, kuten kosmisen naapurimme Jupiter, tutkijat kertoivat uudessa tutkimuksessa.
Plasma on eräänlainen kaasu, mutta se on riittävän erilainen tunnustettavaksi yhdeksi neljästä aineen perustilasta (kaasun, nestemäisen ja kiinteän aineen rinnalla). Plasmassa huomattava määrä elektronia on erotettu atomistaan, mikä luo tilan, jossa vapaat elektronit vetoavat ionien ympärille tai atomien, joilla on joko positiivinen tai negatiivinen varaus.
Lämpötilat luonnossa esiintyvässä plasmassa ovat tyypillisesti erittäin korkeita; esimerkiksi auringon pinnalla oleva plasma näkee 10 800 astetta Fahrenheit (6 000 astetta). Jäähdyttämällä plasmaa tutkijat voivat tehdä yksityiskohtaisempia havaintoja ymmärtääksesi paremmin sen käyttäytymistä äärimmäisissä olosuhteissa, kuten ne, jotka kiertävät kaasu jättiläisnaapureitamme.
Ole chill
Joten miksi käyttää lasereita plasman rauhoittumiseen?
"Laserjäähdytys hyödyntää sitä tosiasiaa, että valolla on vauhtia", johtava tutkimuksen tekijä Thomas Killian, fysiikan ja tähtitieteen professori Rice Universityssä, Texas, kertoi Live Science: lle. "Jos minulla on ioni plasmassa ja minulla on lasersäde, joka sirottaa valoa tuosta ionista, joka kerta kun ioni hajottaa fotonin, se työntää lasersäteen suuntaan", Killian sanoi.
Tämä tarkoittaa, että jos lasersäde vastustaa ionin luonnollista liikettä, se häviää joka kerta, kun ioni sirottelee valoa, mikä hidastaa sitä.
"Se on kuin kävely ylämäkeen tai melassissa", hän sanoi.
Kokeiluihinsa Killian ja hänen kollegansa tuottivat pieniä määriä neutraalia plasmaa - plasmaa suhteellisen yhtä suurella määrällä positiivisia ja negatiivisia varauksia - höyryttämällä strontiummetallia ja sitten ionisoimalla pilvi. Plasma hajosi alle 100 miljoonassa sekunnissa, mikä ei jättänyt tutkijoille paljon aikaa jäähtyä ennen kuin se katosi. Jotta laserjäähdytys toimisi, heidän piti plasma esiohjata, hidastaen ioneja vielä enemmän. Loppujen lopuksi tuloksena saatu plasma oli noin neljä kertaa kylmempi kuin mikään aiemmin luotu, tutkimuksen kirjoittajat kertoivat.
Erittäin jäähdytetyn plasman tuottamiseksi tarvittavien kappaleiden kokoaminen kesti noin 20 vuotta, vaikka itse kokeet kestivat alle sekunnin murto-osan - ja suoritettuja kokeita oli tuhansia tuhansia, Killian kertoi.
"Kun luomme plasmaa, se elää vain pari sataa mikrosekuntia. Jokainen" tee plasma, jäähdytä se laserilla, katso ja katso mitä tapahtui "on vähemmän kuin millisekunnin", hän sanoi. "Kestää päiviä ja päiviä, jotta saadaan tosiasiallisesti riittävästi tietoa sanoakseen:" Ah, näin plasma käyttäytyy. ""
Menee kylmemmäksi
Tutkimuksen tulokset herättävät runsaasti kysymyksiä siitä, kuinka ultrakertainen plasma voi olla vuorovaikutuksessa energian ja aineen kanssa; vastausten löytäminen voisi auttaa luomaan tarkempia malleja valkoisista kääpiötähteistä ja kaasu jättiläis planeetoista, joiden sisätiloissa on plasma syvällä ja joka käyttäytyy samalla tavalla kuin laboratoriossa jäähdytetty plasma.
"Tarvitsemme parempia malleja näistä järjestelmistä, jotta ymmärrämme planeetan muodostumisen", Killian sanoi. "Tämä on ensimmäinen kerta, kun meillä on pöytäkoe, jossa voimme mitata asioita syöttääksemme näihin malleihin."
Edelleen kylmempää plasman luominen voi myös olla ulottuvilla, mikä saattaa muuttaa tutkijoiden käsitystä tämän salaperäisen aineen muodon käyttäytymisestä, Killian kertoi Live Sciencelle.
"Jos voimme jäähdyttää sen toisella suuruusluokalla, voimme päästä lähelle ennusteita siitä, missä plasmasta voi todella tulla kiinteä aine - mutta outo kiinteä aine on 10 kertaa vähemmän tiheä kuin mikään kiinteä aine, jonka ihmiset ovat koskaan valmistaneet", Killian sanoi.
"Se olisi erittäin, hyvin jännittävää", hän lisäsi.
Tulokset julkaistiin torstaina (3. tammikuuta) verkossa Science-lehdessä.
Toimittajan huomautus: Tämä tarina päivitettiin korjaamaan auringonpinnan lämpötila 3,5 miljoonasta Fahrenheit-asteesta (2 miljoonaa Celsius-astetta), joka edustaa tähden kuuminta sisustusta.
Alkuperäinen artikkeli aiheesta Elävä tiede.
