Физики охладили плазму до -273 градусов Цельсия
Фото: Brandon Martin / Rice University
Научные достижения

Физики охладили плазму до -273 градусов Цельсия

Американские физики смоделировали раскаленную плазму из центра мертвой звезды при помощи плазмы, которая примерно в 50 раз холоднее температуры открытого космоса. Парадоксальное исследование приближает нас к получению термоядерной энергии.

Американские физики смоделировали раскаленную плазму из центра мертвой звезды при помощи плазмы, которая приблизительно в 50 раз холоднее температуры открытого космоса — то есть охлаждена почти до абсолютного нуля. Это парадоксальное исследование позволит ученым изучить самые экзотические явления Вселенной и приблизиться к получению термоядерной энергии.

Плазма — одно из четырех основных агрегатных состояний вещества, плотный газ, состоящий из ионов и свободных электронов. Обычно она появляется в условиях крайне высоких температур, например, на поверхности Солнца.

Но в еще более экстремальной среде — как в центре сверхплотного белого карлика или Юпитера — она начинает вести себя настолько необычно, что это сложно воспроизвести в лаборатории.

Тем не менее, смоделировать горячую плазму в земных условиях можно — если охладить ее до крайне низких температур. Этот эксперимент и провели физики Университета Райса при помощи массива лазеров, рассказывает Motherboard.

Сначала они испарили стронций и осадили его решеткой лазерных лучей. Затем облачко охлажденного стронциевого пара было ионизировано коротким импульсом другого лазера. Энергия этого лазера оторвала электроны от атомов стронция и создала плазму из стронциевых ионов и свободных электронов.

 

Главной находкой американских ученых была идея использовать лазеры, чтобы охладить эту плазму еще больше: импульс вызвал ее быстрое расширение.

Благодаря этому финальному залпу температура плазмы опустилась до 50 милликельвинов, или до -273 градусов Цельсия. Это приблизительно в 50 раз холоднее космического вакуума, есть принять за среднюю температуру открытого космоса 3 Кельвина.

Одна из основных целей этого эксперимента — изучение феномена сильной связи. Когда атомы стронция ионизируются, они теряют электроны, приобретая положительный заряд. Хотя такие ионы отталкивают друг друга в плазме, их сила пренебрежимо мала по сравнению с объемом кинетической энергии, вырабатываемой в виде тепла.

В условиях сильной гравитации, например, в центре Юпитера или белого карлика, эти положительно заряженные ионы сближаются настолько сильно, что силы отталкивания становятся сильнее, чем кинетические силы, даже несмотря на то, что плазма раскалена. Ионы пытаются обрести равновесие — то есть расположиться так, чтобы соседние ионы воздействовали на них в равной мере.

Наука способна создать на Земле раскаленную плазму, но смоделировать гравитационные условия центра Юпитера для создания сильной связи в лаборатории невозможно. Однако нынешняя «модель» воссоздает плазму с похожими свойствами — когда силы отталкивания больше кинетических.