Также при помощи стационарной ультрахолодной плазмы можно будет создать квантовый симулятор для моделирования горячей плазмы в термоядерных реакторах и астрофизических объектах, поясняют исследователи.
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, в том числе плазмы термоядерных реакторов и горячей плазмы в астрофизических процессах. 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.
Однако такая плазма имеет ограниченное время жизни — около тысячных долей секунды. После чего заряженные частицы газа разлетаются, и плазма исчезает. Поэтому ученые ищут новые способы создания плазмы для придания ей стабильности.
Физики установили, что в плазме все время эксперимента сохранялась стабильно низкая температура — порядка -271 °С, — а также постоянная концентрация ионов. Благодаря такой низкой температуре заряженные частицы оставались практически неподвижны и сильно взаимодействовали между собой. Эти свойства стационарной ультрахолодной плазмы позволяют проводить эксперименты с высокой точностью, а также моделировать горячую плазму.
«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», — рассказал руководитель проекта Борис Зеленер, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией Лазерного охлаждения и ультрахолодной плазмы Объединенного института высоких температур РАН.
Теперь ученые планируют исследовать, как различная сила магнитного поля и интенсивность лазерного излучения будут влиять на свойства плазмы, в частности, ее температуру, плотность и возможную пространственную структуру.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Physical Review Letters.