Наука и технологии 12 апреля 2024

Вечная ультрахолодная плазма

Научная группа из Объединенного института высоких температур РАН создала стабильную ультрахолодную плазму, которая может существовать бесконечно. Новый физический объект будет полезен при разработке ионных микроскопов с высоким разрешением. С его помощью также можно будет создать квантовый симулятор для моделирования горячей плазмы в термоядерных реакторах и астрофизических объектах
Вечная ультрахолодная плазма
Экспериментальная установка для охлаждения атомов кальция
Пресс-служба РНФ

Ультрахолодная плазма — это ионизированный газ, который имеет очень низкую температуру: всего на несколько градусов выше абсолютного нуля. Ее можно использовать в качестве универсальной и экспериментально доступной модельной системы для изучения плазмы различной природы. Кроме того, ультрахолодная плазма может служить источником ионов в ионных микроскопах, в которых для формирования изображения необходимо, чтобы через исследуемый объект прошел пучок заряженных частиц. Главная сложность, с которой сталкиваются ученые при создании ультрахолодной плазмы, состоит в том, что она имеет ограниченное время жизни — около тысячных долей секунды. По истечении этого времени заряженные частицы газа разлетаются, и плазма исчезает. Ученые пытаются решить эту проблему, разрабатывая новые способы создания плазмы для придания ей стабильности.

magnifier.png Главная сложность, с которой сталкиваются ученые при создании ультрахолодной плазмы, состоит в том, что она имеет ограниченное время жизни — около тысячных долей секунды. По истечении этого времени заряженные частицы газа разлетаются, и плазма исчезает

Научная группа из Объединенного института высоких температур РАН (Москва) создала стабильную ультрахолодную плазму, которая может существовать бесконечно. Авторы поместили группу атомов кальция в магнитооптическую ловушку — устройство для охлаждения и удержания частиц при помощи эффекта лазерного охлаждения. В результате исследователи получили облако атомов, на которое непрерывно подавали лазерное излучение. Под действием лазера от атомов кальция отрывали внешние электроны, в результате чего образовались ионы и электроны — заряженные частицы, которые сформировали плазму.


ФОТО ИОНОВ.jpg
Фотография ионов стационарной плазмы кальция
Борис Зеленер

Теоретические расчеты и эксперимент показали, что в плазме в течение всего эксперимента сохранялась стабильно низкая температура — порядка −271 °С, — а также постоянная концентрация ионов. Благодаря такой низкой температуре заряженные частицы оставались практически неподвижными и сильно взаимодействовали между собой. Эти свойства стационарной ультрахолодной плазмы позволяют проводить эксперименты с высокой точностью и моделировать горячую плазму.

magnifier.png В дальнейшем авторы планируют исследовать, как различная сила магнитного поля и интенсивность лазерного излучения будут влиять на свойства плазмы, в частности на ее температуру, плотность и возможную пространственную структуру

«Созданная нами ультрахолодная плазма впервые имеет бесконечный срок жизни за счет непрерывного захвата охлажденных атомов и их ионизации лазером. Ранее ученые использовали ионизацию холодных атомов коротким лазерным импульсом — из-за этого плазма существовала непродолжительное время. У нас же создается непрерывный поток новых холодных ионов и электронов, что позволяет наблюдать стационарную ультрахолодную плазму», — рассказывает руководитель проекта Борис Зеленер, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией лазерного охлаждения и ультрахолодной плазмы Объединенного института высоких температур РАН.

В дальнейшем авторы планируют исследовать, как различная сила магнитного поля и интенсивность лазерного излучения будут влиять на свойства плазмы, в частности на ее температуру, плотность и возможную пространственную структуру.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Physical Review Letters.

По материалам пресс-службы РНФ

Еще по теме:
23.05.2024
Карл Линней создал единую систему классификации растительного и животного мира, обобщив и упорядочив все накопленные чел...
22.05.2024
Ученые из Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН с коллегами создали новый композит на основе алмаза и люминесце...
17.05.2024
Ученые из сколковского Международного центра квантовой оптики и квантовых технологий и НИТУ МИСИС разработали цифровой д...
15.05.2024
Выдающийся русский физиолог Илья Мечников открыл механизм работы иммунитета человека и предвосхитил современные линии ра...
Наверх