據美國《新聞周刊》網站近日報道,科學家利用激光冷卻,創造出溫度達到零下273℃的中性等離子體(ti) ,其比太空深處溫度還要低。這一成果發表於(yu) 《科學》雜誌,顯示了極端環境下(比如白矮星和木星中央)等離子體(ti) 的新的可能性。
一般認為(wei) ,激光可用於(yu) 加熱,但其實也可用於(yu) 冷卻物理係統。在實驗中,英國萊斯大學的湯姆·基利安和同事使用10台不同波長的激光器來冷卻中性等離子體(ti) 。等離子體(ti) 是在固體(ti) 、液體(ti) 和氣體(ti) 之後,物質的第四種基本狀態,它通常在極熱的地方(比如太陽內(nei) )產(chan) 生。
研究人員先用一組激光器蒸發鍶金屬,這些激光器捕獲並冷卻了一組原子。然後,他們(men) 用第二組激光電離這些超冷氣體(ti) ,激光脈衝(chong) 將這些氣體(ti) 轉換成等離子體(ti) ,這些等離子體(ti) 迅速膨脹然後消散。
基利安解釋說:“如果一個(ge) 粒子(原子或離子)正在移動,我用一束激光來抵製它的運動,當該粒子從(cong) 激光束中散射出光子時,就獲得了動量來減慢速度。訣竅在於(yu) 確保光子始終從(cong) 與(yu) 粒子運動相反的激光中散射出來。”
1999年,基利安在美國國家標準與(yu) 技術研究所進行博士後研究,開創了從(cong) 激光冷卻的氣體(ti) 中創造中性等離子體(ti) 的電離方法。此後,他一直在尋求讓等離子體(ti) 更冷的方法,最新研究讓他20年的追尋成為(wei) 現實。目前,他們(men) 正努力製造更冷的等離子體(ti) 。
基利安說:“我們(men) 將嚐試開發新的溫度探頭來測量更冷的溫度。如果能在不讓密度變得太低的情況下,將溫度降到足夠低,該係統將形成結晶等離子體(ti) ——維格納晶體(ti) ,據信白矮星中心的離子以這種狀態存在。”
基利安表示,當科學家研究出如何冷卻原子氣體(ti) 時,就打開了“超冷世界”的大門,這使他們(men) 能將原子氣體(ti) 冷卻到比絕對零度(零下273.15℃)高出百萬(wan) 分之一攝氏度左右,“在此處,量子力學開始發揮作用”。通過研究超冷等離子體(ti) ,有望回答有關(guan) 物質在高密度和低溫的極端條件下如何表現的基本問題。
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