นักวิจัยที่ทำ plasmas ที่หนาวที่สุดในเอกภพเพิ่งค้นพบวิธีที่จะทำให้พวกเขาเย็นลงกว่าเดิม - ด้วยการยิงเลเซอร์ด้วยเลเซอร์
นักวิทยาศาสตร์ทำให้พลาสมาเย็นลงประมาณ 50- พันขององศาเหนือศูนย์สัมบูรณ์สัมบูรณ์ประมาณ 50 เท่าของเย็นกว่าในอวกาศห้วงลึก
พลาสมาอันเยือกเย็นนี้สามารถเผยให้เห็นว่าพลาสม่าคล้ายกันทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางของดาวแคระขาวและลึกลงไปในแกนกลางของดาวเคราะห์ก๊าซเช่นดาวพฤหัสนักดาราศาสตร์รายงานการศึกษาใหม่
พลาสม่าเป็นก๊าซชนิดหนึ่ง แต่มันแตกต่างพอที่จะได้รับการยอมรับว่าเป็นหนึ่งในสี่สถานะพื้นฐานของสสาร (ใกล้กับแก๊สของเหลวและของแข็ง) ในพลาสมาจำนวนอิเล็กตรอนจำนวนมากถูกแยกออกจากอะตอมทำให้เกิดสถานะที่อิเล็กตรอนอิสระหมุนรอบไอออนหรืออะตอมที่มีประจุเป็นบวกหรือลบ
อุณหภูมิในพลาสมาที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติมักสูงมาก ตัวอย่างเช่นพลาสม่าบนพื้นผิวของดวงอาทิตย์เห็นที่ 10,800 องศาฟาเรนไฮต์ (6,000 องศาเซลเซียส) ด้วยการทำให้พลาสมาเย็นลงนักวิทยาศาสตร์สามารถทำการสังเกตอย่างละเอียดเพื่อทำความเข้าใจพฤติกรรมของมันภายใต้สภาวะที่รุนแรงเช่นการทำลายเพื่อนบ้านของก๊าซยักษ์ของเรา
ใจเย็น ๆ
เหตุใดจึงต้องใช้เลเซอร์เพื่อช่วยให้พลาสมาเย็น
"การระบายความร้อนด้วยเลเซอร์ใช้ประโยชน์จากความจริงที่ว่าแสงมีโมเมนตัม" โทมัส Killian ผู้เขียนนำการศึกษาของฟิสิกส์และดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยไรซ์ในเท็กซัสกล่าว “ ถ้าฉันมีไอออนในพลาสมาและมีลำแสงเลเซอร์กระจายแสงออกจากไอออนนั้นทุกครั้งที่ไอออนกระจายโฟตอนมันจะถูกผลักไปในทิศทางของลำแสงเลเซอร์” Killian กล่าว
ซึ่งหมายความว่าหากลำแสงเลเซอร์ต่อต้านการเคลื่อนไหวตามธรรมชาติของไอออนทุกครั้งที่ไอออนกระจายแสงจะสูญเสียโมเมนตัมบางอย่างซึ่งจะทำให้ช้าลง
“ มันเหมือนกับการเดินขึ้นเขาหรือกากน้ำตาล” เขากล่าว
สำหรับการทดลองของพวกเขา Killian และเพื่อนร่วมงานของเขาผลิตพลาสมาเป็นกลางจำนวนเล็กน้อย - พลาสมาด้วยจำนวนประจุบวกและประจุลบที่ค่อนข้างเท่ากัน - โลหะระเหยธาตุโลหะชนิดหนึ่งและจากนั้นไอออนไนซ์เมฆ พลาสมาสลายตัวในเวลาไม่ถึง 100 ล้านวินาทีซึ่งไม่ได้ปล่อยให้นักวิทยาศาสตร์มีเวลามากพอที่จะทำให้เย็นลงก่อนที่มันจะหายไป เพื่อความเย็นของเลเซอร์ในการทำงานพวกเขาจำเป็นต้อง precool พลาสม่าทำให้ไอออนช้าลงมากขึ้น ในท้ายที่สุดพลาสม่าที่เกิดขึ้นนั้นเย็นกว่าที่เคยสร้างมาก่อนประมาณสี่เท่า
การประกอบชิ้นส่วนที่จำเป็นในการสร้างพลาสมาที่เย็นตัวลงสูงใช้เวลาประมาณ 20 ปีถึงแม้ว่าการทดลองจะกินเวลาไม่ถึงเสี้ยววินาทีและมีการทดลองนับพันครั้ง
“ เมื่อเราสร้างพลาสม่ามันจะมีชีวิตอยู่เพียงสองร้อยไมโครวินาทีเท่านั้น 'ทำให้พลาสม่าเย็นด้วยเลเซอร์ดูและดูว่าเกิดอะไรขึ้น' น้อยกว่าหนึ่งมิลลิวินาที "เขากล่าว "ต้องใช้เวลาหลายวันในการสร้างข้อมูลมากพอที่จะพูดว่า 'อ้านี่คือสิ่งที่ plasma กำลังทำอยู่' '
จะเย็นลง
การค้นพบของการศึกษาเชิญคำถามมากมายเกี่ยวกับวิธี ultracold plasma อาจโต้ตอบกับพลังงานและสสาร การค้นหาคำตอบสามารถช่วยในการสร้างแบบจำลองที่แม่นยำยิ่งขึ้นของดาวแคระขาวและดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ซึ่งมีพลาสมาอยู่ลึกลงไปในการตกแต่งภายในที่มีพฤติกรรมคล้ายกับพลาสมาที่ถูกทำให้เย็นลงในห้องปฏิบัติการ
“ เราต้องการแบบจำลองที่ดีกว่าของระบบเหล่านั้นเพื่อให้เราสามารถเข้าใจการก่อตัวดาวเคราะห์” Killian กล่าว "นี่เป็นครั้งแรกที่เราได้ทดลองบนโต๊ะที่เราสามารถวัดสิ่งต่าง ๆ เพื่อป้อนเข้าสู่แบบจำลองเหล่านั้นได้"
การสร้างพลาสม่าที่เย็นกว่านั้นอาจใกล้เคียงซึ่งสามารถเปลี่ยนความเข้าใจของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับพฤติกรรมของสสารลึกลับรูปแบบนี้ได้ Killian กล่าวกับ Live Science
“ ถ้าเราสามารถทำให้เย็นลงได้อีกหนึ่งลำดับความสำคัญเราสามารถเข้าใกล้การคาดการณ์ว่าพลาสมาอาจกลายเป็นของแข็งได้อย่างไร
“ นั่นน่าตื่นเต้นมาก” เขากล่าวเสริม
การค้นพบนี้ตีพิมพ์ออนไลน์วันพฤหัสบดีที่ 3 มกราคมในวารสาร Science
หมายเหตุบรรณาธิการ: เรื่องราวนี้ได้รับการปรับปรุงเพื่อแก้ไขอุณหภูมิพื้นผิวของดวงอาทิตย์จาก 3.5 ล้านองศาฟาเรนไฮต์ (2 ล้านองศาเซลเซียส) ซึ่งหมายถึงการตกแต่งภายในที่ร้อนแรงของดาว
บทความต้นฉบับเกี่ยวกับ วิทยาศาสตร์สด.
