Onderzoekers die de koudste plasma's in het universum maken, hebben een manier gevonden om ze nog kouder te maken - door ze met lasers te vernietigen.
De wetenschappers koelden het plasma af tot ongeveer 50 duizendste van een graad boven het absolute nulpunt, ongeveer 50 keer kouder dan in de verre ruimte.
Dit kille plasma zou kunnen onthullen hoe vergelijkbare plasma's zich gedragen in de centra van witte dwergsterren en diep in de kern van gasplaneten zoals onze kosmische buurman, Jupiter, rapporteerden onderzoekers in een nieuwe studie.
Plasma is een soort gas, maar het is anders genoeg om te worden herkend als een van de vier fundamentele toestanden van materie (naast gas, vloeibaar en vast). In plasma is een aanzienlijk aantal elektronen gescheiden van hun atomen, waardoor een toestand is ontstaan waarin vrije elektronen rond ionen scheuren, of atomen met een positieve of negatieve lading.
Temperaturen in natuurlijk voorkomend plasma zijn doorgaans erg hoog; plasma op het oppervlak van de zon bijvoorbeeld zindert bij 10.800 graden Fahrenheit (6.000 graden Celsius). Door plasma te koelen, kunnen wetenschappers meer gedetailleerde waarnemingen doen om het gedrag ervan onder extreme omstandigheden, zoals die van onze gasreuzenburen, beter te begrijpen.
Wees chiller
Dus waarom lasers gebruiken om het plasma te laten afkoelen?
"De laserkoeling profiteert van het feit dat licht momentum heeft", vertelde hoofdonderzoeksauteur Thomas Killian, een professor in natuurkunde en astronomie aan de Rice University in Texas, aan WordsSideKick.com. 'Als ik een ion in het plasma heb en ik heb een laserstraal die licht van dat ion verstrooit, krijgt het elke keer dat een ion een foton verstrooit een duw in de richting van de laserstraal,' zei Killian.
Dit betekent dat als een laserstraal de natuurlijke beweging van het ion tegenwerkt, het ion elke keer dat het licht verstrooit een momentum verliest, waardoor het wordt vertraagd.
'Het is alsof je bergop loopt of in melasse loopt', zei hij.
Voor hun experimenten produceerden Killian en zijn collega's kleine hoeveelheden neutraal plasma - plasma met een relatief gelijk aantal positieve en negatieve ladingen - dat het strontiummetaal verdampte en vervolgens de wolk ioniseerde. Het plasma verdween in minder dan 100 miljoenste van een seconde, wat de wetenschappers niet veel tijd gaf om het af te koelen voordat het verdween. Om de laserkoeling te laten werken, moesten ze het plasma voorkoelen, waardoor de ionen nog meer werden vertraagd. Uiteindelijk was het resulterende plasma ongeveer vier keer kouder dan ooit tevoren, meldden de auteurs van het onderzoek.
Het assembleren van de stukken die nodig waren om sterk gekoeld plasma te genereren duurde ongeveer 20 jaar, hoewel de experimenten zelf minder dan een fractie van een seconde duurden - en er werden duizenden en duizenden experimenten uitgevoerd, zei Killian.
'Als we een plasma maken, leeft het slechts een paar honderd microseconden. Elke' maak een plasma, laserkoel het, kijk en kijk wat er is gebeurd 'is minder dan een milliseconde', zei hij. 'Het kost dagen en dagen om voldoende gegevens op te bouwen om te zeggen:' Ah, zo gedraagt het plasma zich '.'
Kouder worden
De bevindingen van de studie roepen veel vragen op over hoe ultrakoud plasma kan interageren met energie en materie; het vinden van antwoorden kan helpen om nauwkeurigere modellen te maken van witte dwergsterren en gasreuzenplaneten, die diep in hun binnenste plasma hebben en zich op dezelfde manier gedragen als het plasma dat in het laboratorium wordt gekoeld.
'We hebben betere modellen van die systemen nodig, zodat we planeetvorming kunnen begrijpen', zei Killian. "Dit is de eerste keer dat we een tafelblad-experiment hebben waarin we daadwerkelijk dingen kunnen meten om in die modellen te verwerken."
Het creëren van plasma dat nog kouder is, kan ook binnen handbereik zijn, wat het begrip van wetenschappers over hoe deze mysterieuze vorm van materie zich gedraagt, verder zou kunnen transformeren, vertelde Killian aan WordsSideKick.com.
"Als we het een andere orde van grootte kunnen afkoelen, kunnen we dicht bij de voorspellingen komen waar het plasma daadwerkelijk een vaste stof kan worden - maar een bizarre vaste stof die tien keer minder dicht is dan welke vaste stof dan ook die mensen ooit hebben gemaakt," zei Killian.
'Dat zou heel erg spannend zijn', voegde hij eraan toe.
De bevindingen werden donderdag (3 januari) online gepubliceerd in het tijdschrift Science.
Noot van de redactie: dit verhaal is bijgewerkt om de temperatuur van het oppervlak van de zon te corrigeren van 3,5 miljoen graden Fahrenheit (2 miljoen graden Celsius), wat het warmere interieur van de ster vertegenwoordigt.
Origineel artikel over WordsSideKick.com.
