Forskere som lager de kaldeste plasmaene i universet, fant nettopp en måte å gjøre dem enda kaldere - ved å sprite dem med lasere.
Forskerne avkjølte plasmaet til rundt 50 tusendeler av en grad over absolutt null, omtrent 50 ganger kaldere enn i dype rom.
Dette kjølige plasmaet kunne avsløre hvordan lignende plasma oppfører seg i sentrum av hvite dvergstjerner og dypt inne i kjernen av gassplaneter som vår kosmiske nabo, Jupiter, rapporterte forskere i en ny studie.
Plasma er en type gass, men det er annerledes nok til å bli anerkjent som en av de fire grunnleggende tilstandene i saken (sammen med gass, væske og fast stoff). I plasma har et betydelig antall elektroner blitt skilt fra atomene, noe som skaper en tilstand der frie elektroner zip rundt ioner, eller atomer som har enten en positiv eller negativ ladning.
Temperaturene i naturlig forekommende plasma er vanligvis veldig høye; for eksempel ser plasma på soloverflaten seg ved 10 800 grader Fahrenheit (6000 grader celsius). Ved å avkjøle plasma kan forskere gjøre mer detaljerte observasjoner for bedre å forstå dens oppførsel under ekstreme forhold, som de som slynger våre gassgigant naboer.
Vær mer chill
Så hvorfor bruke lasere for å hjelpe plasmaet med å slappe av?
"Laserkjøling drar fordel av det faktum at lys har fart," fortalte studieforfatter Thomas Killian, professor i fysikk og astronomi ved Rice University i Texas, til Live Science. "Hvis jeg har et ion i plasmaet og jeg har en laserstråle som sprer lyset fra det ionet, får hver gang en ion sprer et foton et trykk i retning av laserstrålen," sa Killian.
Dette betyr at hvis en laserstråle motsetter seg ionens naturlige bevegelse, mister ionet noe momentum, hver gang ionet sprer lys, noe som bremser det.
"Det er som å gå oppover eller i melasse," sa han.
For sine eksperimenter produserte Killian og kollegene små mengder nøytralt plasma - plasma med et relativt likt antall positive og negative ladninger - fordampende strontiummetall og deretter ioniserende skyen. Plasmaet forsvant på under 100 milliondeler av et sekund, noe som ikke etterlot forskerne mye tid til å avkjøle det før det forsvant. For at laseravkjøling skulle fungere, trengte de å avkjøle plasmaet, og reduserte ionene enda mer. Til slutt var det resulterende plasmaet omtrent fire ganger kaldere enn noe som noen gang hadde blitt skapt før, rapporterte studieforfatterne.
Det tok omtrent 20 år å montere brikkene som var nødvendige for å generere høyt avkjølt plasma, selv om eksperimentene i seg selv varte mindre enn en brøkdel av et sekund - og det var tusenvis av tusenvis av eksperimenter utført, sa Killian.
"Når vi oppretter et plasma, lever det bare i et par hundre mikrosekunder. Hver 'lager et plasma, laserkjøler det, ser og ser hva som skjedde' er mindre enn et millisekund," sa han. "Det tar dager og dager å faktisk bygge opp nok data til å si 'Ah, det er slik plasmaet oppfører seg.'"
Blir kaldere
Studiens funn inviterer til mange spørsmål om hvordan ultrakalt plasma kan samhandle med energi og materie; Å finne svar kan bidra til å lage mer nøyaktige modeller av hvite dvergstjerner og gassgigantplaneter, som har plasma dypt i interiøret som oppfører seg på samme måte som plasmaet som er avkjølt i laboratoriet.
"Vi trenger bedre modeller av disse systemene slik at vi kan forstå planetdannelse," sa Killian. "Dette er første gang vi har hatt et bordeksperiment der vi faktisk kan måle ting å mate inn i disse modellene."
Å skape plasma som er enda kaldere, kan også være innen rekkevidde, noe som kan ytterligere transformere forskernes forståelse av hvordan denne mystiske formen for materie oppfører seg, sa Killian til Live Science.
"Hvis vi kan avkjøle det med en annen størrelsesorden, kan vi komme i nærheten av spådommer om hvor plasmaet faktisk kan bli et fast stoff - men et bisarr fast stoff 10 ganger mindre tett enn noe fast stoff som noen gang har laget," sa Killian.
"Det ville være veldig, veldig spennende," la han til.
Funnene ble publisert på nettet torsdag (3. januar) i tidsskriftet Science.
Editor's Note: Denne historien ble oppdatert for å korrigere temperaturen på soloverflaten fra 3,5 millioner grader Fahrenheit (2 millioner grader Celsius), som representerer stjernens varmere interiør.
Originalartikkel på Levende vitenskap.
