Захват молнии в бутылке - это само определение сложной задачи, но теперь физики нашли способ удерживать ультрахолодную плазму в магнитной ловушке для бутылок, что могло бы приблизить физиков на один шаг к пониманию солнечного ветра и достижению ядерного синтеза.

Плазма - одно из четырех состояний материи, состоящее из положительных ионов и отрицательных свободных электронов. Но в отличие от твердых тел, жидкостей и газов, его склонность проявляться только в самых экстремальных местах, например, в полосе ионизированного воздуха, которую мы называем разрядом молнии, в танцующем узоре северного сияния или на поверхности Солнца. делает обучение чрезвычайно трудным.

Эта трудность только усугубляется тем фактом, что плазма в северном сиянии или на поверхности Солнца взаимодействует со сложным магнитным полем способами, которые ученым еще предстоит полностью понять.

«Во всей атмосфере Солнца (сильное) магнитное поле имеет эффект изменения всего относительно того, что вы ожидали бы без магнитного поля, но очень тонкими и сложными способами, которые могут действительно сбить вас с толку, если у вас нет действительно хорошее понимание этого \", - соавтор исследования Питер Брэдшоу, астрофизик из Университета Райса в Хьюстоне.

Более холодные частицы движутся медленнее, что позволяет более точно измерить их поведение. Чтобы выяснить, как плазма взаимодействует с магнитными полями, ученые охладили свою плазму, сделанную из стронция, примерно на 1 градус выше абсолютного нуля (около -272 градуса по Цельсию), используя метод, называемый лазерным охлаждением.

Вы могли бы подумать, что выстрел из лазера во что-то нагреет его, но если фотоны (световые частицы) в лазерном луче движутся в направлении, противоположном движущимся частицам плазмы, они могут фактически заставить эти частицы плазмы замедляться и охлаждаться. их вниз.

Как только плазма остыла, исследователи на мгновение захватили ее силами окружающих магнитов, что позволило им изучить ее до того, как она рассеялась. Затем они решили разобраться во взаимодействии между ионами и электронами плазмы и магнитным полем, которое сильно варьируется в плазме. Взаимодействие было настолько сложным, что им потребовался год, чтобы полностью интерпретировать свои данные.

«Мы измеряем свойства плазмы, рассеивая свет от ионов в плазме, но магнитное поле действительно усложняет это», - сказал в интервью Live Science Райс декан естественных наук и автор-корреспондент Том Киллиан. Это связано с тем, что магнитное поле изменяет то, как ионы рассеивают лазерный свет очень непредсказуемым образом.

«Вдобавок ко всему, магнитное поле меняется в пространстве по всей плазме, - сказал Киллиан. - Нам пришлось разобраться со всеми этими эффектами». чтобы нарисовать картину плотности и скорости плазмы по бутылке с течением времени.

Они показали картину, на которой быстро движущиеся электроны с малой массой были плотно прижаты к силовым линиям магнитного поля и закручивались вокруг них, а положительные ионы удерживались внутри ловушки за счет их притяжения к отрицательно заряженным электронам. Авторы статьи предполагают, что магнитное поле удерживало электроны и ионы от объединения с образованием нейтральных атомов, и таким образом удерживало суп в плазменном состоянии.

Техника улавливания открывает широкие возможности для исследований плазмы. Если физики смогут улавливать сверххолодную плазму в бутылке, они смогут изучить поведение состоящих из плазмы звездных объектов, таких как белые карлики, или начать воспроизводить условия термоядерного синтеза внутри Солнца.

Затем исследователи заявили, что они разработают лазерную сетку, которая закроет любые отверстия в магнитном поле бутылки, через которые ионы могут выйти из эксперимента. Они также надеются продолжить изучение процессов, которые происходят внутри захваченной плазмы, например, как ионы и электроны могут рекомбинировать или как энергия и масса перемещаются по системе.

«Наши новые способности могут дать прекрасную возможность изучить эти явления», - сказал Киллиан. «Подобные эффекты, вероятно, важны для понимания некоторых других систем, с которыми трудно проводить эксперименты, например, с белыми карликами».

Физики впервые улавливают ультрахолодную плазму в магнитной бутылке