Ученые создали совершенно новый тип плазмы со сверхбыстрым механизмом охлаждения
Исследователи из CUI: Advanced Imaging of Matter совершили прорыв - создали совершенно новый тип плазмы, объединив самые современные технологии с использованием ультракоротких лазерных импульсов и ультрахолодных атомарных газов. Они сообщили о новом механизме электронного охлаждения в такой плазме.
Материя существует в четырех состояниях - твердом, газовом, жидком и плазменном, причем плазма является наиболее распространенным состоянием в видимой Вселенной. Она состоит из свободных заряженных частиц, таких как ионы и электроны. Плазма может существовать в огромном диапазоне температур и плотностей: от ядра Солнца до молний или пламени. Задача понять динамику плазмы состоит в том, чтобы сначала определить универсальные механизмы, а затем сравнить их с контролируемым лабораторным экспериментом.
«Представленной работой мы надеемся внести свой вклад в более широкое понимание фундаментальных процессов, происходящих в экстремальных плазменных системах, которые напрямую не доступны для экспериментальных исследований»
Тобиас Крокер из исследовательской группы профессора доктора Маркуса Дрешера.
В Центре оптических квантовых технологий Гамбургского университета исследователи охлаждают и захватывают атомы лазерным светом. Они используют интенсивное световое поле ультракороткого лазерного импульса для разделения атомов на электроны и ионы в течение 200 фемтосекунд. Фемтосекунда - это одна миллионная одной миллиардной секунды. Из-за чрезвычайно низкой начальной температуры атомов ионы имеют температуры ниже 40 милликельвинов, что лишь чуть выше минимально возможной температуры во Вселенной -273°C. Напротив, электроны изначально очень горячие с температурой 4977°C, близкой к температурам на поверхности Солнца.
Горячие электроны, непосредственно создаваемые ультракоротким лазерным импульсом, начинают уходить и оставлять положительно заряженную область, которая захватывает часть электронов в ультрахолодной плазме. Такое состояние плазмы никогда раньше не наблюдалось. Исследователи пронаблюдали, что захваченные электроны в плазме охлаждаются в сверхбыстрых временных масштабах, и измерили конечную температуру. Кроме того, они заметили, что плазма стабильна в течение нескольких сотен наносекунд, что для таких систем очень много.
Такая ультрахолодная плазма служит эталоном для теоретических моделей и может пролить свет на экстремальные условия, присутствующие в термоядерном синтезе с инерционным удержанием или астрономических объектах, таких как белые карлики. Более того, получаемые ультрахолодные электроны сами по себе интересны как яркий источник для визуализации биологических образцов.