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科學家利用激光冷卻造出零下273℃中性等離子體

2019-01-08 09:12來源﹕科技日報

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  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﹐其比太空深處溫度還要低。這一成果發表于《科學》雜誌﹐顯示了極端環境下(比如白矮星和木星中央)等離子體的新的可能性。

  一般認為﹐激光可用於加熱﹐但其實也可用於冷卻物理系統。在實驗中﹐英國萊斯大學的湯姆‧基利安和同事使用10臺不同波長的激光器來冷卻中性等離子體。等離子體是在固體﹑液體和氣體之後﹐物質的第四種基本狀態﹐它通常在極熱的地方(比如太陽內)產生。

  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﹐他們用第二組激光電離這些超冷氣體﹐激光脈衝將這些氣體轉換成等離子體﹐這些等離子體迅速膨脹然後消散。

  基利安解釋說﹕“如果一個粒子(原子或離子)正在移動﹐我用一束激光來抵制它的運動﹐當該粒子從激光束中散射出光子時﹐就獲得了動量來減慢速度。訣竅在於確保光子始終從與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技術研究所進行博士後研究﹐開創了從激光冷卻的氣體中創造中性等離子體的電離方法。此後﹐他一直在尋求讓等離子體更冷的方法﹐最新研究讓他20年的追尋成為現實。目前﹐他們正努力製造更冷的等離子體。

  基利安說﹕“我們將嘗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﹐該系統將形成結晶等離子體──維格納晶體﹐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時﹐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零度(零下273.15℃)高出百萬分之一攝氏度左右﹐“在此處﹐量子力學開始發揮作用”。通過研究超冷等離子體﹐有望回答有關物質在高密度和低溫的極端條件下如何表現的基本問題。(記者劉霞)

[責編﹕張佳興]

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