激光冷却中性等离子体首次问世

发布时间:2019-01-08

等离子体的温度笼统地来说代表了每颗粒子的平均动能,一般用开尔文或电子伏特来量度。要维持等离子体的电离状态,一般需要较高的温度。

 

据美国《新闻周刊》网站近日报道,科学家首次创造了由激光冷却的中性等离子体,其温度达到零下273摄氏度,比深空的温度低约50倍。发表于《科学》杂志的最新研究开辟了研究极端环境(比如白矮星和木星中央)内等离子体的新可能性。

  


通常情况下,激光一般被认为主要用于加热,但其实,也可用激光来冷却物理系统。在实验中,英国莱斯大学的汤姆·基利安和同事使用10台不同波长的激光器来冷却中性等离子体。在固体、液体和气体之后,等离子体是物质的第四种基本状态,它通常在极热的地方(比如太阳内)产生。

 

研究人员用一组激光器蒸发锶金属,这些激光器捕获并冷却了一组原子。然后,他们用第二组激光电离这些超冷的气体,激光脉冲将这些气体转换成等离子体,这些等离子体迅速膨胀然后消散。

 

基利安解释说:“如果一个粒子(原子或离子)正在移动,我有一束激光来抵制它的运动,当该粒子从激光束中散射出光子时,就获得了动量来减慢它的速度。诀窍在于确保光子始终从与粒子运动相反的激光中散射出来。” 

 

1999年,基利安在国家标准与技术研究所进行博士后研究,开创了从激光冷却的气体中创造中性等离子体的电离方法。此后,他一直在寻求让等离子体更冷的方法,最新研究让他20年的追寻成为现实。目前,他们正努力制造更冷的等离子体。 

 

基利安说:“我们将尝试开发新的温度探头来测量更冷的温度。如果我们能在不让密度变得太低的情况下将温度下降得足够低,该系统将形成结晶等离子体——维格纳晶体,据信白矮星中心的离子以这种状态存在。”

 

在大多数情况下,等离子体中的电子很接近热平衡,所以电子温度有良好的定义。基利安表示,当科学家研究出如何冷却原子气体时,就打开了“超冷世界”的大门,这使他们能将原子气体冷却到绝对零度以上百万分之一度左右。

 

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