Солнечная активность

Вспышки на Солнце за последние сутки

Магнитные бури

Не забудьте подписаться на Ин-Спейс

Сближение астероидов с Землей

Международная космическая станция

Сейчас на борту Международной космической станции находятся

Александр Скворцов

Россия

Лука Пармитано

Италия

Эндрю Морган

США

Алексей Овчинин

Россия

Ник Хейг

США

Кристина Кох

США

Закрыть
Последнее обновление в разделе Кометы

Опубликовано

4.8K

Like Love Haha Wow Sad Angry
11

Сделан важный шаг на пути к пониманию поведения материи в недрах мертвых звезд и газовых гигантов

Одной из целей лабораторных опытов, проведенных командой физиков, было достижение «сильной связи» в плазме.

Физики из Университета Райса (США) создали первую в мире охлажденную лазером нейтральную плазму, над получением которой ученые бились на протяжении двух десятков лет. Успешный эксперимент подготовил почву для дальнейших симуляций, позволяющих в лабораторных условиях изучить экзотические состояния вещества, предполагаемые в недрах Юпитера и белых карликов. Результаты опытов и методы описаны в статье, представленной в журнале Science.

«Пока нам точно не известна практическая выгода от результата, но каждый раз, когда физики охлаждают лазером какие-то вещи, это открывает целый мир возможностей. Никто не предполагал, что охлаждение атомов и ионов приведет к созданию самых точных часов в мире или к прорыву в квантовых вычислениях», – рассказывает Том Киллиан, ведущий автор исследования.

Плазма представляет собой электропроводящую смесь из электронов и ионов. Это одно из четырех основных состояний материи, но в отличие от твердых веществ, жидкостей и газов, которые знакомы нам в повседневной жизни, она, как правило, возникает в очень горячих местах, таких как поверхность Солнца или разряд молнии. Изучая ультрахолодную плазму, ученые надеются ответить на фундаментальные вопросы о том, как материя ведет себя в экстремальных условиях высокой плотности и низкой температуры.

В своих опытах физики использовали 10 лазеров с различной длиной волны. Они начали с испарения металлического стронция и одного набора пересекающихся лазерных лучей для захвата и охлаждения пучка атомов. Затем ученые ионизировали ультрахолодный газ с помощью импульсов длительностью 10 наносекунд, которые снимали по электрону с каждого атома, превратив в итоге газ в плазму ионов и электронов.

Однако вновь образованные облака плазмы «испарялись» менее чем за одну тысячную секунды, и ключевым прорывом нового эксперимента стало то, что разлетающиеся ионы можно охладить с помощью другого набора лазеров.

«Если атом или ион движется, а у меня есть противодействующий этому лазерный луч, то я смогу замедлить его. Хитрость заключается в том, чтобы свет от лазера всегда рассеивался. Если вы этого добьетесь, то частица будет замедляться, замедляться и замедляться», – пояснил Том Киллиан.

Одной из главных целей исследования команды физиков было достижение «сильной связи» в плазме, явления, которое естественным образом проявляется в ней только в таких экзотических местах, как недра белых карликов и Юпитера.

«В сильно связанной плазме энергия электрического взаимодействия между частицами больше кинетической энергии их хаотического движения. В основном мы изучаем ионы, которые чувствуют друг друга и перестраиваются в ответ на позиции своих соседей. В этом и проявляется сильная связь», – добавил Том Киллиан.

Поскольку ионы имеют положительные электрические заряды, они отталкивают друг друга и не могут находиться бесконечно близко с себе подобными, так как пытаются найти равновесие, расположение, при котором действующие на них силы от всех их соседей сбалансированы. Это может привести к странным явлениям, таким как жидкая или даже твердая плазма, которые пока находятся далеко за пределами текущих исследований.

«Отталкивающие силы обычно похожи на шепот на рок-концерте. Они заглушаются кинетическим шумом в системе. Однако в недрах Юпитера или белого карлика интенсивная гравитация прижимает ионы так близко друг к другу, что силы отталкивания, которые становятся намного сильнее на коротких расстояниях, побеждают. И, хотя температура довольно высокая, ионы становятся сильно связанными», – продолжил Том Киллиан.

Несмотря на то, что физики создали плазму, плотность которой на несколько порядков ниже, чем в недрах газовых гигантов или мертвых звезд, понижая температуру, они добиваются увеличения отношения электрической и кинетической энергий, и при ее охлаждении ниже одной десятой градуса выше абсолютного нуля ученые фиксировали, как силы отталкивания выходят на первый план.

«Лазерное охлаждение хорошо развито, например, в газах с нейтральными атомами, но с плазмой совсем все по-другому. Мы только начинаем изучать последствия сильной связи в ультрахолодной плазме, и я надеюсь, что наше исследование поможет улучшить модели экзотической, сильно связанной астрофизической плазмы, и сделать открытия, о которых мы еще даже не мечтали», – заключил Том Киллиан.

Like Love Haha Wow Sad Angry
11

Больше по теме:   Белые карлики  Юпитер

Комментарии

Читайте также

2.2K
221
«Hubble» написал новый портрет Юпитера
Наблюдения подтвердили, что бушующая на Юпитере уже более полутора веков гигантская буря продолжает ослабевать.
Далее