I ricercatori che realizzano i plasmi più freddi dell'universo hanno appena trovato il modo di renderli ancora più freddi, esplodendoli con i laser.
Gli scienziati hanno raffreddato il plasma a circa 50 millesimi di grado sopra lo zero assoluto, circa 50 volte più freddo rispetto allo spazio profondo.
Questo plasma freddo potrebbe rivelare come simili plasmi si comportano nei centri delle stelle bianche nane e nel profondo del nucleo di pianeti gassosi come il nostro vicino cosmico, Giove, hanno riferito i ricercatori in un nuovo studio.
Il plasma è un tipo di gas, ma è abbastanza diverso da essere riconosciuto come uno dei quattro stati fondamentali della materia (insieme a gas, liquido e solido). Nel plasma, un numero significativo di elettroni è stato separato dai loro atomi, creando uno stato in cui gli elettroni liberi si avvicinano agli ioni, o atomi che hanno una carica positiva o negativa.
Le temperature nel plasma naturale sono in genere molto alte; ad esempio, il plasma sulla superficie del sole ribolle a 10.800 gradi Fahrenheit (6.000 gradi Celsius). Raffreddando il plasma, gli scienziati possono fare osservazioni più dettagliate al fine di comprenderne meglio il comportamento in condizioni estreme, come quelle che irritano i nostri vicini giganti di gas.
Sii più tranquillo
Quindi perché usare i laser per aiutare il plasma a rilassarsi?
"Il raffreddamento laser sfrutta il fatto che la luce ha slancio", ha detto a Live Science l'autore principale dello studio Thomas Killian, professore di fisica e astronomia alla Rice University in Texas. "Se ho uno ione nel plasma e ho una luce di dispersione del raggio laser fuori da quello ione, ogni volta che lo ione disperde un fotone ottiene una spinta nella direzione del raggio laser", ha detto Killian.
Ciò significa che se un raggio laser si oppone al movimento naturale dello ione, ogni volta che lo ione disperde la luce perde un certo slancio, che lo rallenta.
"È come camminare in salita o in melassa", ha detto.
Per i loro esperimenti, Killian e i suoi colleghi hanno prodotto piccole quantità di plasma neutro - plasma con un numero relativamente uguale di cariche positive e negative - vaporizzando il metallo stronzio e quindi ionizzando la nuvola. Il plasma si dissipò in meno di 100 milionesimi di secondo, il che non lasciò agli scienziati molto tempo per raffreddarlo prima che scomparisse. Perché il raffreddamento laser funzionasse, dovevano pre-raffreddare il plasma, rallentando ulteriormente gli ioni. Alla fine, il plasma risultante era circa quattro volte più freddo di qualsiasi altro fosse mai stato creato prima, secondo gli autori dello studio.
L'assemblaggio dei pezzi necessari per generare plasma altamente raffreddato ha richiesto circa 20 anni, sebbene gli esperimenti stessi siano durati meno di una frazione di secondo - e ci sono state migliaia e migliaia di esperimenti eseguiti, ha detto Killian.
"Quando creiamo un plasma, vive solo per un paio di centinaia di microsecondi. Ogni" crea un plasma, raffreddalo al laser, guarda e vedi cosa è successo "è meno di un millisecondo", ha detto. "Ci vogliono giorni e giorni per creare effettivamente abbastanza dati per dire:" Ah, ecco come si comporta il plasma ".
Fa più freddo
I risultati dello studio invitano a fare molte domande su come il plasma ultrafreddo possa interagire con l'energia e la materia; trovare risposte potrebbe aiutare a creare modelli più accurati di stelle bianche nane e pianeti giganti gassosi, che hanno un plasma profondo negli interni che si comporta in modo simile al plasma raffreddato in laboratorio.
"Abbiamo bisogno di modelli migliori di questi sistemi in modo da poter comprendere la formazione del pianeta", ha detto Killian. "Questa è la prima volta che abbiamo avuto un esperimento da tavolo in cui possiamo effettivamente misurare le cose da alimentare in quei modelli".
La creazione di plasma ancora più freddo potrebbe anche essere a portata di mano, il che potrebbe trasformare ulteriormente la comprensione degli scienziati su come si comporta questa misteriosa forma di materia, ha detto Killian a Live Science.
"Se riusciamo a raffreddarlo di un altro ordine di grandezza, possiamo avvicinarci alle previsioni su dove il plasma può effettivamente diventare un solido - ma un solido bizzarro 10 volte meno denso di qualsiasi solido che la gente abbia mai realizzato", ha detto Killian.
"Sarebbe molto, molto eccitante", ha aggiunto.
I risultati sono stati pubblicati online giovedì (3 gennaio) sulla rivista Science.
Nota del redattore: questa storia è stata aggiornata per correggere la temperatura della superficie del sole da 3,5 milioni di gradi Fahrenheit (2 milioni di gradi Celsius), che rappresenta l'interno più caldo della stella.
Articolo originale su Scienza dal vivo.
