Científicos de Rusia, crean plasma ultrafrío de vida infinita a base de átomos de calcio
Moscú, Rusia, Eurasia.- Los empleados del Instituto Conjunto para Altas Temperaturas de la Academia de Ciencias de Rusia crearon un plasma ultrafrío de larga duración excitando átomos de calcio enfriados a -273°C con un láser. El nuevo objeto físico así obtenido será útil en el desarrollo de microscopios iónicos de alta resolución, en los que el plasma sirve como fuente de partículas cargadas necesarias para la formación de imágenes.
Además, utilizando plasma estacionario ultrafrío, será posible crear un simulador cuántico para simular plasma caliente en reactores termonucleares y objetos astrofísicos. Los resultados del estudio, financiado con una subvención de la Fundación Rusa para la Ciencia (RSF), se publicaron en la revista Physical Review Letters.
El plasma ultrafrío es un gas ionizado que tiene una temperatura muy baja, apenas unos pocos grados por encima del cero absoluto. Puede utilizarse como sistema modelo universal y accesible experimentalmente para estudiar plasmas de diversas naturalezas, incluido el plasma de reactores termonucleares y el plasma caliente en procesos astrofísicos. Además, el plasma ultrafrío puede servir como fuente de iones en los microscopios iónicos, en los que un haz de partículas cargadas debe atravesar el objeto en estudio para formar una imagen. La principal dificultad a la que se enfrentan los científicos a la hora de crear plasma ultrafrío es que tiene una vida útil limitada, unas milésimas de segundo. Pasado este tiempo, las partículas de gas cargadas se dispersan y el plasma desaparece. Los científicos están tratando de resolver este problema desarrollando nuevas formas de crear plasma para hacerlo estable.
Un grupo científico del Instituto Conjunto de Altas Temperaturas de la Academia de Ciencias de Rusia (Moscú) ha creado un plasma ultrafrío estable que puede existir indefinidamente. Los autores colocaron un grupo de átomos de calcio en una trampa magnetoóptica, un dispositivo para enfriar y atrapar partículas mediante un efecto de enfriamiento láser. Como resultado, los investigadores obtuvieron una nube de átomos, que estuvo continuamente expuesta a la radiación láser. Bajo la acción de un láser, los electrones externos se arrancaron de los átomos de calcio, lo que dio como resultado la formación de iones y electrones, partículas cargadas que formaron plasma.
Los cálculos teóricos y los experimentos demostraron que el plasma mantuvo una temperatura constantemente baja durante todo el experimento (alrededor de -271 °C), así como una concentración de iones constante. Gracias a una temperatura tan baja, las partículas cargadas permanecieron prácticamente inmóviles e interactuaron fuertemente entre sí. Estas propiedades del plasma ultrafrío estacionario permiten realizar experimentos con alta precisión, así como simular plasma caliente.
“El plasma ultrafrío que creamos por primera vez tiene una vida útil infinita debido a la captura continua de átomos enfriados y su ionización mediante un láser. Anteriormente, los científicos utilizaban la ionización de átomos fríos con un pulso láser corto; debido a esto, el plasma existía por poco tiempo. Creamos un flujo continuo de nuevos iones y electrones fríos, lo que nos permite observar plasma estacionario ultrafrío”, afirma el director del proyecto, financiado con una subvención de la Fundación Rusa para la Ciencia, Boris Borisovich Zelener, doctor en ciencias físicas y matemáticas. jefe del Laboratorio de Enfriamiento Láser y Plasma Ultrafrío del Instituto Conjunto de Altas Temperaturas RAS.
En el futuro, los autores planean estudiar cómo las diferentes intensidades de los campos magnéticos y la intensidad de la radiación láser afectan las propiedades del plasma, en particular su temperatura, densidad y posible estructura espacial.
