作為在極端的特定條件下才能形成的電子和離子“濃湯”，針對(duì)等離子體的觀察是很難做到的。然而萊斯大學(xué)的科學(xué)家們，已經(jīng)順利完成了針對(duì)超冷等離子體的磁約束實(shí)驗(yàn)。據(jù)悉，這項(xiàng)成就可作為研究核聚變能的跳板，以及幫助我們更好地了解恒星。
研究生 MacKenzie Warrens 在調(diào)節(jié)激光冷卻實(shí)驗(yàn)裝置（來(lái)自：Rice University）
通常情況下，等離子體的形成需要極高的溫度（比如太陽(yáng)或雷擊）。不過(guò)萊斯大學(xué)的一支科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，一直在探索如何利用激光冷卻技術(shù)來(lái)創(chuàng)建低溫、低密度的等離子體。
自 1990 年代問(wèn)世以來(lái)，能夠?qū)⒃訙p速至幾乎停止的這項(xiàng)技術(shù)，已被其用于研究超冷等離子體在實(shí)驗(yàn)室條件下的相關(guān)行為。
2019 年的時(shí)候，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)表過(guò)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方案。
在最新的實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們首次達(dá)成了當(dāng)前世界上最冷的等離子體 —— 溫度僅比絕對(duì)零度（-272℃ / 457.6 ℉）高約 1 ℃ 。
轉(zhuǎn)瞬即逝的超冷等離子體云（圖自：T. Killian / Rice University）
一旦迅速膨脹，這鍋超冷的等離子體濃湯，可在數(shù)千分之一秒內(nèi)完全消散。為了實(shí)現(xiàn)可觀察的目標(biāo)，研究團(tuán)隊(duì)借助了所謂的四極磁體配置。
與實(shí)驗(yàn)中的聚變能量系統(tǒng)一樣，這套方案可將等離子體限制在其中?；诖耍R斯大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)得以在數(shù)百分之一秒的時(shí)間內(nèi)捕獲并保持超冷等離子體的位置。
研究通訊作者 Tom Killian 表示：“這套方案為我們提供了一個(gè)純凈、可控的實(shí)驗(yàn)舞臺(tái)，能夠用于更復(fù)雜的天體研究，比如恒星或白矮星大氣層中的中性等離子體”。
想要讓等離子體保持如何低的溫度，極度純凈的實(shí)驗(yàn)裝置顯然不可或缺。從一個(gè)簡(jiǎn)單、小型、控制良好、易于理解的系統(tǒng)開(kāi)始，研究人員可逐漸消除一些雜物，并對(duì)想要觀察的現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)切實(shí)的隔離。
這種混亂的一個(gè)例子，在聚變反應(yīng)堆的內(nèi)部相互作用中就有所體現(xiàn)。在這里，等離子體流被加熱到了 1.5 億攝氏度，然后用磁體穩(wěn)定以產(chǎn)生電能。
只要讓等離子體保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，就能夠觀察到這樣的反應(yīng)產(chǎn)生，進(jìn)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(bǔ)充道，目前最大的問(wèn)題是，只要磁場(chǎng)中出現(xiàn)一小部分?jǐn)_動(dòng)，理想狀態(tài)就很難維持下去。
此外這項(xiàng)研究或許能夠?qū)ζ渌茖W(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生影響，比如幫助研究人員深入了解太陽(yáng)風(fēng)中的等離子體與地球磁場(chǎng)碰撞時(shí)發(fā)生的反應(yīng)、或研究恒星大氣中難以被科學(xué)儀器 / 相機(jī)捕捉到的特殊特征。
有關(guān)這項(xiàng)研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《物理快報(bào)評(píng)論》（Physical Review Letters）上，原標(biāo)題為《Magnetic Confinement of an Ultracold Neutral Plasma》。
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