宇宙で最も冷たいプラズマを作る研究者たちは、レーザーでそれらを爆破することによって、それらをさらに冷たくする方法を見つけました。
科学者たちはプラズマを絶対零度よりも約5万分の1程度まで冷却し、深宇宙よりも約50倍低温でした。
この冷たいプラズマは、類似のプラズマが白色矮星の中心で、そして宇宙の隣人である木星のようなガス惑星のコアの奥でどのように振る舞うかを明らかにする可能性があると研究者たちは新しい研究で報告しました。
プラズマはガスの一種ですが、ガス、液体、固体に加えて、物質の4つの基本状態の1つとして認識されるほど十分に異なります。プラズマでは、かなりの数の電子がそれらの原子から分離されており、自由電子がイオン、または正または負の電荷を持つ原子の周りをジップする状態を作り出します。
自然に発生するプラズマの温度は通常非常に高くなります。たとえば、太陽の表面のプラズマは、華氏10,800度（摂氏6,000度）です。プラズマを冷却することにより、科学者は、私たちの巨大なガスの隣人を揺さぶるような極端な条件下でのプラズマの挙動をよりよく理解するために、より詳細な観察を行うことができます。
もっと寒くなる
では、なぜプラズマを冷やすのにレーザーを使用するのでしょうか？
「レーザー冷却は光が勢いを持っているという事実を利用している」とテキサス州ライス大学の物理学と天文学の教授であるトマス・キリアン教授はLive Scienceに語った。 「プラズマにイオンがあり、レーザービームがそのイオンから散乱する光を持っている場合、そのイオンが光子を散乱するたびに、レーザービームの方向にプッシュされます」とキリアンは言った。
これは、レーザービームがイオンの自然な動きに対抗する場合、イオンが光を散乱するたびに、いくらかの運動量を失い、それによってイオンの速度が低下することを意味します。
「それは上り坂や糖蜜の中を歩くようなものだ」と彼は言った。
彼らの実験では、Killianと彼の同僚は、少量の中性プラズマ（比較的等しい数の正と負の電荷を持つプラズマ）を生成し、ストロンチウム金属を蒸発させてから、雲をイオン化しました。プラズマは1億分の1秒未満で消散しましたが、科学者がプラズマを消滅させる前に冷却する時間はありませんでした。レーザー冷却が機能するためには、プラズマを予冷して、イオンをさらに遅くする必要がありました。結局のところ、結果として得られるプラズマは、これまでに作成されたものよりも約4倍低温であったと研究著者らは報告している。
非常に冷却されたプラズマを生成するために必要な部品を組み立てるのに約20年かかりましたが、実験自体は1秒未満で終了しました-数千もの実験が行われたと、キリアンは言いました。
「プラズマを作成するとき、それは数百マイクロ秒しか存続しません。すべての「プラズマを作り、それをレーザー冷却して、何が起こったのか見て、見てください」とミリ秒未満です」と彼は言った。 「実際に「ああ、これがプラズマの振る舞いだ」と言うのに十分なデータを蓄積するのに何日もかかります。」
寒くなる
この研究結果は、超低温プラズマがエネルギーや物質とどのように相互作用するかについて多くの疑問を投げかけています。答えを見つけることは、実験室で冷却されたプラズマと同様に動作するプラズマを内部に深く持つ白色矮星とガス巨大惑星のより正確なモデルを作成するのに役立ちます。
「惑星の形成を理解できるように、これらのシステムのより良いモデルが必要だ」とキリアンは言った。 「これらのモデルに供給するものを実際に測定できる卓上実験を行ったのはこれが初めてです。」
キリアンは、さらに低温のプラズマを作ることも手の届く範囲にある可能性があり、この不思議な形の物質がどのように機能するかについての科学者の理解をさらに変える可能性があると、キリアンはライブサイエンスに語った。
「さらに1桁冷却できれば、プラズマが実際に固体になる可能性がある場所の予測に近づくことができます。
「それは非常に、非常にエキサイティングだろう」と彼は付け加えた。
この調査結果は、木曜日（1月3日）にScience誌にオンラインで掲載されました。
編集者注：このストーリーは、太陽の表面の温度を華氏350度（摂氏200万度）から修正するために更新されました。
元の記事 ライブサイエンス.
