Plasma ist einer von vier Grundzuständen der Materie, aber im Gegensatz zu den anderen ist es kein Teil unseres täglichen Lebens, da es im Allgemeinen an sehr heißen Orten wie der Sonne oder einem Blitz gefunden wird. Es gibt viele Fragen, diemüssen darüber beantwortet werden, was unser Verständnis von sauberer Energie, Weltraumwetter und Astrophysik fördern könnte, und die Physiker der Rice University haben eine Entdeckung gemacht, die genau das tun könnte.
Die Physiker haben einen Weg gefunden, das kälteste Plasma der Welt in einer Magnetflasche einzufangen. eine Pressemitteilung der Universität .
Die Studie, veröffentlicht in Physical Review Letters Einzelheiten darüber, wie die Forscher mit lasergekühltem Strontium ein Plasma von etwa -272 Grad Celsius 1 Grad über dem absoluten Nullpunkt herstellen konnten. Dadurch konnten sie das Plasma kurzzeitig mit Kräften von umgebenden Magneten einfangen und das erste markierenMal wurde ein ultrakaltes Plasma magnetisch begrenzt, was das Studium von Plasmen in verschiedenen Umgebungen zu einer praktikablen Möglichkeit macht.
Einfangen des kältesten Plasmas der Welt
Die Forscher verwendeten einen Quadrupol-Magnetaufbau, der Berichten zufolge den Entwürfen ähnelt, die in den 1960er Jahren von Forschern der Fusionsenergie entwickelt wurden. Dies war aufgrund zweier Probleme äußerst schwierig: Laut den Forschern muss das Plasma für die Fusion etwa 2,7e + betragen150 Millionen Grad Celsius 8 ° F, und es magnetisch zu halten, kann eine Art Essiggurke sein, da sich die Magnetfelder im gesamten Plasma drastisch ändern.
"Eines der Hauptprobleme besteht darin, das Magnetfeld lange genug stabil zu halten, um die Reaktion tatsächlich einzudämmen." sagte der Co-Autor der Studie, Stephen Bradshaw , ein Reisastrophysiker, der sich auf Plasmaphänomene an der Sonne spezialisiert hat. "Sobald das Magnetfeld eine kleine Störung aufweist, wächst es und 'pfft', die Kernreaktion ist ruiniert. Damit es gut funktioniert, Siemüssen die Dinge wirklich, wirklich stabil halten. Und auch hier könnte ein Blick auf die Dinge in einem wirklich schönen, makellosen Laborplasma uns helfen, besser zu verstehen, wie Partikel mit dem Feld interagieren. "
Genau wie heißes Plasma Das lasergekühlte Plasma der Forscher ist eine Suppe aus Elektronen und Symbolen, aber es reagiert empfindlich auf relativ schwache Magnetkräfte. Wenn das Team solche Kräfte mit einem ungleichmäßigen Magnetfeld anwendet, ähnlich wie beim Aufbau einer Falle, dem Plasmaexpandierte schnell, nachdem es in der Mitte des Feldes erzeugt wurde, und verlangsamte sich, nachdem es in die andere, stärkere Region übergegangen war.
Obwohl die Forscher nicht in der Lage waren, das Entweichen des Plasmas aus dem magnetischen Einschluss zu beobachten, gelang es ihnen, es mindestens eine halbe Millisekunde lang einzudämmen, was ohne diese Technik nicht möglich wäre.
"Dies bietet ein sauberes und kontrollierbares Testfeld für die Untersuchung neutraler Plasmen an weitaus komplexeren Orten wie der Sonnenatmosphäre oder weißen Zwergsternen", sagte der Reisedekan der Naturwissenschaften, Tom Killian, der der entsprechende Autor der Studie istEs ist hilfreich, das Plasma so kalt zu haben und diese sehr sauberen Laborsysteme zu haben. Wenn Sie mit einem einfachen, kleinen, gut kontrollierten und gut verstandenen System beginnen, können Sie die Unordnung beseitigen und das Phänomen, das Sie sehen möchten, wirklich isolieren. "
Die Forscher geben an Der nächste Schritt besteht darin, Magnetfelder mit Lasern zu kombinieren, um noch bessere Magnetfallen zu erzeugen, die den Weg für viele Entdeckungen ebnen.