Estos científicos crearon un plasma 50 veces más frío que el espacio exterior


Artículo publicado originalmente por Motherboard Estados Unidos.

Los físicos de la Universidad Rice simularon el tipo de plasma ultra-caliente que se encuentra en el centro de las estrellas muertas en un laboratorio creando plasma enfriado con láser que es aproximadamente cincuenta veces más frío que la temperatura ambiente en el espacio exterior.

El trabajo paradójico nos trae el primer plasma neutro enfriado con láser del mundo y los investigadores esperan que les permita a los físicos estudiar algunas de las materias más exóticas del universo, como los gases densos que se encuentran en las estrellas enanas blancas, y avanzar en la investigación de la energía de fusión.

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El plasma es el cuarto estado de la materia: una nube eléctricamente conductora de gas ultra denso que se compone de iones y electrones libres. El plasma generalmente se produce en ambientes con temperaturas extremadamente altas, como la superficie del Sol, pero en ambientes aún más extremos (como en el centro de una estrella enana blanca ultra-densa o Júpiter) el plasma comienza a comportarse de formas inusuales que son difíciles para replicar en un laboratorio en la Tierra.

Sin embargo, la simulación de plasma caliente en estas condiciones extremas se puede lograr en un laboratorio, al hacer un plasma muy, muy frío.

Como se detalla en un artículo publicado la semana pasada en Science, los físicos utilizaron una serie de diez láseres para crear el plasma súper frío. Primero, vaporizaron el metal estroncio y suspendieron el vapor en una serie de rayos láser que se cruzaban para permitir que se enfriara. A continuación, la pequeña nube de vapor de estroncio enfriado se ionizó con un pulso corto de otro láser. La energía de este láser provocó que se desprendiera un electrón de cada átomo de estroncio para crear un plasma de iones de estroncio y electrones libres.

La matriz láser utilizada para crear el plasma ultra frío. Editorial: Universidad del arroz

La matriz láser utilizada para crear el plasma ultra frío. Editorial: Universidad Rice

Al mismo tiempo, este pulso láser hace que el plasma se expanda rápidamente. El avance clave hecho por los físicos de la Universidad Rice fue usar otra matriz de láser para destruir el plasma en rápida expansión y enfriarlo aún más. Después de este pulso láser final, la temperatura del plasma es aproximadamente 50 veces más fría que el vacío del espacio.

Según los físicos, una de las principales motivaciones para crear este plasma ultra frío era estudiar un fenómeno conocido como “acoplamiento fuerte”.

Cuando un átomo de estroncio se ioniza, pierde un electrón, lo que le da una carga positiva al átomo. Aunque estos iones cargados positivamente se repelen entre sí en el plasma, esta fuerza repulsiva es despreciable en comparación con la cantidad de energía cinética producida como calor.

“Las fuerzas repulsivas son normalmente como un susurro en un concierto de rock”, dijo en un comunicado Tom Killian, físico de la Universidad Rice y autor principal de la investigación. “Están ahogados por todo el ruido cinético en el sistema”.

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En ambientes de gravedad extrema, como en el centro de Júpiter o una estrella enana blanca, estos iones cargados positivamente se fuerzan tan cerca entre sí que las fuerzas de repulsión son más fuertes que las fuerzas cinéticas, aunque el plasma es extremadamente caliente. En este punto, todos los iones se repelen entre sí y buscan encontrar el equilibrio, lo que significa que son repelidos por todos sus iones vecinos por igual. Este acto de equilibrio repulsivo es lo que se conoce como fuerte acoplamiento.

Aunque los físicos son capaces de crear plasmas extremadamente calientes en la Tierra, replicar las condiciones de gravedad extrema en el centro de Júpiter para producir un fuerte acoplamiento en un laboratorio no es posible. Pero si el objetivo es producir un plasma en el que las fuerzas eléctricas repulsivas sean más fuertes que las fuerzas cinéticas, esto puede lograrse yendo en la dirección opuesta.

En otras palabras, Killian y sus colegas esperan simular plasmas ultra-calientes y ultra-densos al crear plasmas ultra-fríos que son órdenes de magnitud menos densos.

“Estamos apenas comenzando a explorar las implicaciones de un fuerte acoplamiento en plasmas ultrafríos”, dijo Killian. “Espero que esto mejore nuestros modelos de plasmas astrofísicos exóticos y fuertemente acoplados, pero estoy seguro de que también haremos descubrimientos que aún no hemos soñado”.

http://bit.ly/2REac43

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