Американські фізики вперше отримали лазерну плазму з високою щільністю енергії, подібну до тієї, що є в зірках і ядерних вибухах, і виміряли її параметри.
Вона виявилася в мільярд разів щільніша, ніж плазма, яка живить термоядерні реакції в токамаках. На сьогоднішній день це найекстремальніший стан матерії, отриманий на Землі. Результати опубліковані у журналі Physical Review Letters.
Плазма складає 99 відсотків видимого Всесвіту і складається з вільно плаваючих електронів та атомних ядер чи іонів. Плазма з високою щільністю енергії (HED) – це стан матерії в надрах зірок, де відбуваються реакції, подібні до ядерних вибухів. На відміну від газоподібної плазми у токомаках – установках магнітного термоядерного синтезу – ця плазма настільки щільна, що за своїми властивостями наближається до твердого тіла.
“У HED-плазмі все працює по-іншому, – наводяться в прес-релізі Прінстонської лабораторії фізики плазми (PPPL) Міністерства енергетики США слова першого автора статті Брайана Крауса (Brian Kraus) з департаменту астрофізичних наук Прінстонського університету. – Важливо зрозуміти, як фізика працює при таких високих густинах, але досі ці параметри важко було виміряти.
Дослідники з Прінстонської лабораторії разом з колегами з інших лабораторій та університетів США розробили новий метод вимірювання параметрів HED-плазми. Спочатку вони генерували плазму, впливаючи лазером надвисокої інтенсивності на тонкі смужки титанової фольги, а потім, використовуючи сучасні комп’ютери, обробили спектральні дані високої роздільної здатності, які рентгенівський аналізатор захопив із плазми, що спалахнула лише на трильйонну частку секунди.
“Це дозволило нам виміряти як густину плазми, так і температуру іонів, чого раніше ніколи не робили”, – пояснює Краус.
Дослідження виявило ключові аспекти HED-плазми, які раніше не відомі. Наприклад, аналіз показав, що температури іонів та електронів не еквівалентні, як припускали, а іони значно холодніші.
“Звідси ми зробили висновок, що електрони та іони в такій плазмі не перебувають у рівновазі. Подібна ситуація спостерігається в плазмі поблизу щільності твердого тіла вперше”, – зазначає ще один учасник дослідження Філіп Ефтіміон (Philip Efthimion).
В даний час вчені налаштовують нову камеру в Університеті штату Колорадо, за допомогою якої хочуть сфотографувати еволюцію лазерної HED-плазми.
