據(jù)美國(guó)《新聞周刊》網(wǎng)站近日?qǐng)?bào)道,科學(xué)家利用激光冷卻,創(chuàng)造出溫度達(dá)到零下273℃的中性等離子體,其比太空深處溫度還要低。這一成果發(fā)表于《科學(xué)》雜志,顯示了極端環(huán)境下(比如白矮星和木星中央)等離子體的新的可能性。
一般認(rèn)為,激光可用于加熱,但其實(shí)也可用于冷卻物理系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)中,英國(guó)萊斯大學(xué)的湯姆·基利安和同事使用10臺(tái)不同波長(zhǎng)的激光器來(lái)冷卻中性等離子體。等離子體是在固體、液體和氣體之后,物質(zhì)的第四種基本狀態(tài),它通常在極熱的地方(比如太陽(yáng)內(nèi))產(chǎn)生。
研究人員先用一組激光器蒸發(fā)鍶金屬,這些激光器捕獲并冷卻了一組原子。然后,他們用第二組激光電離這些超冷氣體,激光脈沖將這些氣體轉(zhuǎn)換成等離子體,這些等離子體迅速膨脹然后消散。
基利安解釋說(shuō):“如果一個(gè)粒子(原子或離子)正在移動(dòng),我用一束激光來(lái)抵制它的運(yùn)動(dòng),當(dāng)該粒子從激光束中散射出光子時(shí),就獲得了動(dòng)量來(lái)減慢速度。訣竅在于確保光子始終從與粒子運(yùn)動(dòng)相反的激光中散射出來(lái)?!?
1999年,基利安在美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所進(jìn)行博士后研究,開創(chuàng)了從激光冷卻的氣體中創(chuàng)造中性等離子體的電離方法。此后,他一直在尋求讓等離子體更冷的方法,最新研究讓他20年的追尋成為現(xiàn)實(shí)。目前,他們正努力制造更冷的等離子體。
基利安說(shuō):“我們將嘗試開發(fā)新的溫度探頭來(lái)測(cè)量更冷的溫度。如果能在不讓密度變得太低的情況下,將溫度降到足夠低,該系統(tǒng)將形成結(jié)晶等離子體——維格納晶體,據(jù)信白矮星中心的離子以這種狀態(tài)存在。”
基利安表示,當(dāng)科學(xué)家研究出如何冷卻原子氣體時(shí),就打開了“超冷世界”的大門,這使他們能將原子氣體冷卻到比絕對(duì)零度(零下273.15℃)高出百萬(wàn)分之一攝氏度左右,“在此處,量子力學(xué)開始發(fā)揮作用”。通過(guò)研究超冷等離子體,有望回答有關(guān)物質(zhì)在高密度和低溫的極端條件下如何表現(xiàn)的基本問(wèn)題。
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