Плазма в пламени солнца достигает миллионов градусов, но в большой степени распространена холодная плазма в межзвездном пространстве. В лаборатории, холодная плазма всегда получалась из ионизированных атомов, но команда исследователей, сообщает в Обзор писем по физике 14 ноября, что молекулы могут также быть превращены в ультрахолодную плазму. Они создали молекулярную плазму, охлаждая емкость с молекулами окисла азота и затем облучая ее лазером. Они утверждают, что техника может работать для любой молекулы, которая может быть испарена. Ультрахолодной молекулярной плазмы, вероятно не существует в природе, но все же они разделяют мнение, что такая очень плотная плазма может существовать в центрах некоторых звезд и планет. На Земле она может использоваться для исследований более сложной плазменной динамики, или помочь исследователям создавать еще более холодную атомную плазму.
Количество плазмы достигает 99 % объема Вселенной, главным образом это звезды и газовые облака, которые все же менее поняты, чем другие три других состояния вещества. Они обнаружены в астрофизике, исследовании сплавов и технологиях, типа флуоресцентного излучения и плазменных телевизорах. Плазма - ионизированный газ, где некоторые электроны покинули атомы и перемещаются свободно в облаке. Если это очень холодная или очень плотная плазма, то ее называют сжатой, потому что частицы настолько сжаты,что взаимодействуют с друг другом - и она определяет свойства плазмы в центрах белых карликовых звезд и гигантских планет.
В 1999 исследователи создали первую ультрахолодную плазму [1]. Техника эксперимента ,заключалась в охлаждении атомов в магнито-оптической ловушке (МОЛ) перед их ионизацией. В отчете исследования, которое следовало, были не учтены молекулярные плазмы, потому что молекулы не могут быть охлаждены в МОЛ.
Холодная молекулярная плазма могла бы предложить новое понимание плазменной динамики, говорит Эд Грант Университета Британской Колумбии в Ванкувере. Диапазон молекулярных комбинаций намного больше, чем число элементов, которые можно исследовать в МОЛ и молекулы имеют больше свойств,например, ориентация и внутренная частота, которые могут использоваться, чтобы исследовать сложное плазменное поведение. Таким образом, он и его коллеги развили идею, чтобы получить ультрахолодную молекулярную плазму и изучить ее. "Мы пробуем видеть то, как молекула ведет себя в плазме," говорит Грант.
Команда использовала стандартную технику, чтобы охладить азотную окись (NO) в сверхзвуковом луче. Как только холодные молекулы, перемещались через емкость, точно настроенные лазеры выбивали электроны у некоторых из высоковозбужденных молекул, не поднимая молекулярную температуру. Некоторые из этих электронов, начинали убегать с их орбит, чтобы образовать NO плазму, c ионной температурой 1 градус по Кельвину, с температурой электронов 50 градусов по Кельвину. Эти температуры столь низки, что образуется ультрахолодная атомная плазма, и к удивлению команды, их плазма существовала достаточно долго - до 100 микросекунд. Ожидалось, что электроны объединятся с молекулярными ионы более быстрее. Плотность NO плазмы была ниже в 1000 раз плотности ультрахолодной атомной плазмы.
Исследователи также нашли, что их молекулярная плазма испытавает намного меньше нагревания от процесса, выззванным перекомбинацией с тремя частицами -,где ион и электрон объединяются и отсылают второй электрон в высокой скорости - чем, найдено в атомной плазме. Понимание этого различия помогло в конечном счете помочь исследователям создавать еще более холодную атомную плазму. Команда говорит, что их метод может использоваться с любыми атомными или молекулярными разновидностями, которые могут быть испарены и предлагают более простой метод, чем МОЛ чтобы измерить плазменный размер.
"Молекулярная плазма имеет гораздо больше возможностей, чем атомная плазма.Палитра для творчества по проектированию ультрахолодных систем резко возрасла” говорит Джан Майкл Рост, Институт Физики Сложных Систем им .Макса Планка в Дрездене, Германии. Рост немного сомневается в работе, но пока, он говорит, "результаты выглядят очень уверенными".
Калла Кофиельд - внештатный автор науки и молодой специалист в Национальной Лаборатории SLAC в Парке Menlo, Калифорния.
|
