作為(wei) 在極端的特定條件下才能形成的電子和離子“濃湯”,針對等離子體(ti) 的觀察是很難做到的。然而萊斯大學的科學家們(men) ,已經順利完成了針對超冷等離子體(ti) 的磁約束實驗。據悉,這項成就可作為(wei) 研究核聚變能的跳板,以及幫助我們(men) 更好地了解恒星。

研究生 MacKenzie Warrens 在調節激光冷卻實驗裝置(來自:Rice University)
通常情況下,等離子體(ti) 的形成需要極高的溫度(比如太陽或雷擊)。不過萊斯大學的一支科學家團隊,一直在探索如何利用激光冷卻技術來創建低溫、低密度的等離子體(ti) 。
自 1990 年代問世以來,能夠將原子減速至幾乎停止的這項技術,已被其用於(yu) 研究超冷等離子體(ti) 在實驗室條件下的相關(guan) 行為(wei) 。
2019 年的時候,研究團隊還發表過一篇論文,描述了一種可將溫度冷卻至太空的 1/50 的激光冷卻等離子體(ti) 方案。
在最新的實驗中,科學家們(men) 首次達成了當前世界上最冷的等離子體(ti) —— 溫度僅(jin) 比絕對零度(-272℃ / 457.6 ℉)高約 1 ℃ 。

轉瞬即逝的超冷等離子體(ti) 雲(yun) (圖自:T. Killian / Rice University)
一旦迅速膨脹,這鍋超冷的等離子體(ti) 濃湯,可在數千分之一秒內(nei) 完全消散。為(wei) 了實現可觀察的目標,研究團隊借助了所謂的四極磁體(ti) 配置。
與(yu) 實驗中的聚變能量係統一樣,這套方案可將等離子體(ti) 限製在其中。基於(yu) 此,萊斯大學研究團隊得以在數百分之一秒的時間內(nei) 捕獲並保持超冷等離子體(ti) 的位置。
研究通訊作者 Tom Killian 表示:“這套方案為(wei) 我們(men) 提供了一個(ge) 純淨、可控的實驗舞台,能夠用於(yu) 更複雜的天體(ti) 研究,比如恒星或白矮星大氣層中的中性等離子體(ti) ”。
想要讓等離子體(ti) 保持如何低的溫度,極度純淨的實驗裝置顯然不可或缺。從(cong) 一個(ge) 簡單、小型、控製良好、易於(yu) 理解的係統開始,研究人員可逐漸消除一些雜物,並對想要觀察的現象實現切實的隔離。
這種混亂(luan) 的一個(ge) 例子,在聚變反應堆的內(nei) 部相互作用中就有所體(ti) 現。在這裏,等離子體(ti) 流被加熱到了 1.5 億(yi) 攝氏度,然後用磁體(ti) 穩定以產(chan) 生電能。
隻要讓等離子體(ti) 保持足夠長的時間,就能夠觀察到這樣的反應產(chan) 生,進而幫助人類邁出擁抱更加清潔的聚變能源的重要一步。
研究合著者 Stephen Bradshaw 補充道,目前最大的問題是,隻要磁場中出現一小部分擾動,理想狀態就很難維持下去。
此外這項研究或許能夠對其它科學領域產(chan) 生影響,比如幫助研究人員深入了解太陽風中的等離子體(ti) 與(yu) 地球磁場碰撞時發生的反應、或研究恒星大氣中難以被科學儀(yi) 器 / 相機捕捉到的特殊特征。
有關(guan) 這項研究的詳情,已經發表在近日出版的《物理快報評論》(Physical Review Letters)上,原標題為(wei) 《Magnetic Confinement of an Ultracold Neutral Plasma》。
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