وجد الباحثون الذين يصنعون أبرد البلازما في الكون طريقة لجعلها أكثر برودة - من خلال تفجيرها بالليزر.
قام العلماء بتبريد البلازما إلى حوالي 50 ألف جزء من درجة أعلى من الصفر المطلق ، أي حوالي 50 مرة أكثر برودة مما كانت عليه في الفضاء السحيق.
أفاد باحثون في دراسة جديدة أن هذه البلازما الباردة يمكن أن تكشف كيف تتصرف البلازما المماثلة في مراكز النجوم القزمة البيضاء وعميقة في قلب الكواكب الغازية مثل جارتنا الكونية المشتري.
البلازما هي نوع من الغاز ، لكنها مختلفة بما يكفي للاعتراف بها كواحدة من الحالات الأساسية الأربع للمادة (إلى جانب الغاز والسائل والصلب). في البلازما ، تم فصل عدد كبير من الإلكترونات عن ذراتها ، مما يخلق حالة حيث تدور الإلكترونات الحرة حول الأيونات ، أو الذرات التي لها شحنة موجبة أو سالبة.
عادة ما تكون درجات الحرارة في البلازما التي تحدث بشكل طبيعي عالية جدًا ؛ على سبيل المثال ، تتلاشى البلازما على سطح الشمس عند 10800 درجة فهرنهايت (6000 درجة مئوية). من خلال تبريد البلازما ، يمكن للعلماء إجراء ملاحظات أكثر تفصيلاً من أجل فهم سلوكها بشكل أفضل في ظل الظروف القاسية ، مثل أولئك الذين يزعجون جيراننا العملاقين في الغاز.
كن أكثر برودة
فلماذا استخدام الليزر لمساعدة البلازما على البرودة؟
قال مؤلف الدراسة الرئيسي توماس كيليان ، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك في جامعة رايس بتكساس ، لـ Live Science: "التبريد بالليزر يستفيد من حقيقة أن للضوء زخمًا". قال كيليان: "إذا كان لدي أيون في البلازما ولديّ شعاع ليزر ينثر ضوءًا من ذلك الأيون ، ففي كل مرة ينثر أيون الفوتون ، فإنه يحصل على دفعة في اتجاه شعاع الليزر".
هذا يعني أنه إذا عارض شعاع الليزر الحركة الطبيعية للأيون ، في كل مرة يبدد فيها الأيون الضوء ، فإنه يفقد بعض الزخم ، مما يبطئه.
قال "إن الأمر أشبه بالسير صعودا أو في دبس السكر".
من أجل تجاربهم ، أنتج كيليان وزملاؤه كميات صغيرة من البلازما المحايدة - البلازما مع عدد متساوٍ نسبيًا من الشحنات الإيجابية والسلبية - تبخير معدن السترونتيوم ثم تأين السحابة. تبددت البلازما في أقل من 100 مليون جزء من الثانية ، الأمر الذي لم يترك العلماء الكثير من الوقت لتبريده قبل أن يختفي. لكي يعمل التبريد بالليزر ، احتاجوا إلى تبريد البلازما مسبقًا ، مما يؤدي إلى تباطؤ الأيونات أكثر. أفاد معدو الدراسة أن البلازما الناتجة كانت أبرد بحوالي أربع مرات عن مثيلتها التي تم إنشاؤها من قبل.
وقال كيليان إن تجميع القطع اللازمة لإنتاج بلازما مبردة للغاية استغرق حوالي 20 عامًا ، على الرغم من أن التجارب نفسها استمرت أقل من جزء من الثانية - وكان هناك الآلاف والآلاف من التجارب التي أجريت.
وقال "عندما نصنع بلازما تعيش فقط لبضع مئات من الميكروثانية. كل" صنع بلازما ، تبردها بالليزر ، انظر وشاهد ما حدث "أقل من مللي ثانية. "يستغرق الأمر أيامًا وأيام لبناء بيانات كافية في الواقع لتقول:" آه ، هذه هي الطريقة التي تتصرف بها البلازما ".
تصبح أكثر برودة
تدعو نتائج الدراسة إلى الكثير من الأسئلة حول كيفية تفاعل البلازما فائقة البرودة مع الطاقة والمادة. يمكن أن يساعد العثور على إجابات في إنشاء نماذج أكثر دقة للنجوم القزمة البيضاء والكواكب العملاقة الغازية ، التي تحتوي على بلازما عميقة في تصميماتها الداخلية والتي تتصرف بشكل مماثل للبلازما المبردة في المختبر.
وقال كيليان "نحتاج إلى نماذج أفضل لتلك الأنظمة حتى نتمكن من فهم تكوين الكوكب". "هذه هي المرة الأولى التي أجرينا فيها تجربة منضدية يمكننا من خلالها قياس الأشياء لإطعام تلك النماذج".
قال كيليان لـ Live Science إن إنتاج بلازما أكثر برودة قد يكون أيضًا في متناول اليد ، الأمر الذي يمكن أن يحول فهم العلماء لكيفية تصرف هذا الشكل الغامض من المادة.
وقال كيليان: "إذا تمكنا من تبريده بترتيب آخر من حيث الحجم ، فيمكننا الاقتراب من التنبؤات بالمكان الذي قد تصبح فيه البلازما مادة صلبة - ولكن مادة صلبة غريبة أقل كثافة بعشر مرات من أي مادة صلبة صنعها الناس على الإطلاق".
واضاف "سيكون ذلك مثيرا للغاية."
ونشرت النتائج على الإنترنت يوم الخميس (3 يناير) في مجلة ساينس.
ملاحظة المحرر: تم تحديث هذه القصة لتصحيح درجة حرارة سطح الشمس من 3.5 مليون درجة فهرنهايت (2 مليون درجة مئوية) ، والتي تمثل الجزء الداخلي الأكثر سخونة للنجم.
المقالة الأصلية على علوم حية.
