Les chercheurs qui fabriquent les plasmas les plus froids de l'univers viennent de trouver un moyen de les rendre encore plus froids - en les explosant avec des lasers.
Les scientifiques ont refroidi le plasma à environ 50 millièmes de degré au-dessus du zéro absolu, environ 50 fois plus froid que dans l'espace lointain.
Ce plasma froid pourrait révéler comment des plasmas similaires se comportent au centre des étoiles naines blanches et au cœur des planètes gazeuses comme notre voisin cosmique, Jupiter, ont rapporté des chercheurs dans une nouvelle étude.
Le plasma est un type de gaz, mais il est suffisamment différent pour être reconnu comme l'un des quatre états fondamentaux de la matière (à côté du gaz, du liquide et du solide). Dans le plasma, un nombre important d'électrons ont été séparés de leurs atomes, créant un état où les électrons libres se déplacent autour des ions ou des atomes qui ont une charge positive ou négative.
Les températures dans le plasma naturel sont généralement très élevées; par exemple, le plasma à la surface du soleil bouillonne à 10 800 degrés Fahrenheit (6 000 degrés Celsius). En refroidissant le plasma, les scientifiques peuvent faire des observations plus détaillées afin de mieux comprendre son comportement dans des conditions extrêmes, comme celles qui font bouillir nos voisins géants du gaz.
Soyez plus cool
Alors pourquoi utiliser des lasers pour aider le plasma à se détendre?
"Le refroidissement laser profite du fait que la lumière a un élan", a déclaré à Live Science Thomas Killian, auteur principal de l'étude, professeur de physique et d'astronomie à la Rice University au Texas. "Si j'ai un ion dans le plasma et que j'ai un faisceau laser diffusant la lumière sur cet ion, chaque fois que cet ion disperse un photon, il est poussé dans la direction du faisceau laser", a déclaré Killian.
Cela signifie que si un faisceau laser s'oppose au mouvement naturel de l'ion, chaque fois que l'ion diffuse de la lumière, il perd un peu d'élan, ce qui le ralentit.
"C'est comme marcher en montée ou dans de la mélasse", a-t-il déclaré.
Pour leurs expériences, Killian et ses collègues ont produit de petites quantités de plasma neutre - plasma avec un nombre relativement égal de charges positives et négatives - vaporisant du strontium métallique puis ionisant le nuage. Le plasma s'est dissipé en moins de 100 millionièmes de seconde, ce qui n'a pas laissé beaucoup de temps aux scientifiques pour le refroidir avant de disparaître. Pour que le refroidissement au laser fonctionne, ils devaient refroidir le plasma, ralentissant encore plus les ions. Au final, le plasma résultant était environ quatre fois plus froid que celui qui avait été créé auparavant, ont rapporté les auteurs de l'étude.
L'assemblage des pièces nécessaires pour générer un plasma hautement refroidi a pris environ 20 ans, bien que les expériences elles-mêmes aient duré moins d'une fraction de seconde - et des milliers et des milliers d'expériences ont été effectuées, a déclaré Killian.
"Lorsque nous créons un plasma, il ne vit que quelques centaines de microsecondes. Chaque" fabrication d'un plasma, refroidissement au laser, regarder et voir ce qui s'est passé "est inférieure à une milliseconde", a-t-il déclaré. "Il faut des jours et des jours pour accumuler suffisamment de données pour dire:" Ah, c'est ainsi que se comporte le plasma. ""
Plus froid
Les résultats de l'étude invitent à de nombreuses questions sur la façon dont le plasma ultra-froid peut interagir avec l'énergie et la matière; trouver des réponses pourrait aider à créer des modèles plus précis d'étoiles naines blanches et de planètes géantes gazeuses, dont le plasma est profondément enfoui et se comporte de la même manière que le plasma refroidi en laboratoire.
"Nous avons besoin de meilleurs modèles de ces systèmes afin de comprendre la formation des planètes", a déclaré Killian. "C'est la première fois que nous réalisons une expérience sur table dans laquelle nous pouvons réellement mesurer des éléments à intégrer dans ces modèles."
La création de plasma encore plus froid peut également être à portée de main, ce qui pourrait transformer davantage la compréhension des scientifiques sur le comportement de cette mystérieuse forme de matière, a déclaré Killian à Live Science.
"Si nous pouvons le refroidir d'un autre ordre de grandeur, nous pouvons nous rapprocher des prédictions de l'endroit où le plasma peut devenir un solide - mais un solide bizarre 10 fois moins dense que tout solide que les gens ont jamais fait", a déclaré Killian.
"Ce serait très, très excitant", a-t-il ajouté.
Les résultats ont été publiés en ligne jeudi 3 janvier dans la revue Science.
Note de l'éditeur: cette histoire a été mise à jour pour corriger la température de la surface du soleil de 3,5 millions de degrés Fahrenheit (2 millions de degrés Celsius), ce qui représente l'intérieur plus chaud de l'étoile.
Article original sur Science en direct.
