Los investigadores que fabrican los plasmas más fríos del universo acaban de encontrar una manera de hacerlos aún más fríos, explotándolos con láser.
Los científicos enfriaron el plasma a alrededor de 50 milésimas de grado por encima del cero absoluto, aproximadamente 50 veces más frío que en el espacio profundo.
Este plasma frío podría revelar cómo se comportan plasmas similares en los centros de las estrellas enanas blancas y en lo profundo del núcleo de los planetas gaseosos como nuestro vecino cósmico, Júpiter, informaron los investigadores en un nuevo estudio.
El plasma es un tipo de gas, pero es lo suficientemente diferente como para ser reconocido como uno de los cuatro estados fundamentales de la materia (junto con el gas, el líquido y el sólido). En el plasma, se ha separado un número significativo de electrones de sus átomos, creando un estado en el que los electrones libres giran alrededor de los iones, o átomos que tienen una carga positiva o negativa.
Las temperaturas en el plasma natural son típicamente muy altas; por ejemplo, el plasma en la superficie del sol arde a 10,800 grados Fahrenheit (6,000 grados Celsius). Al enfriar el plasma, los científicos pueden hacer observaciones más detalladas para comprender mejor su comportamiento en condiciones extremas, como las que agitan a nuestros vecinos gigantes gaseosos.
Sé más tranquilo
Entonces, ¿por qué usar láseres para ayudar al plasma a relajarse?
"El enfriamiento con láser aprovecha el hecho de que la luz tiene impulso", dijo a Live Science el autor principal del estudio, Thomas Killian, profesor de física y astronomía en la Universidad de Rice en Texas. "Si tengo un ion en el plasma y tengo un rayo láser que dispersa la luz de ese ion, cada vez que ese ión dispersa un fotón, se empuja en la dirección del rayo láser", dijo Killian.
Esto significa que si un rayo láser se opone al movimiento natural del ion, cada vez que el ion dispersa la luz pierde algo de impulso, lo que lo ralentiza.
"Es como caminar cuesta arriba o en melaza", dijo.
Para sus experimentos, Killian y sus colegas produjeron pequeñas cantidades de plasma neutro, plasma con un número relativamente igual de cargas positivas y negativas, vaporizando el metal de estroncio y luego ionizando la nube. El plasma se disipó en menos de 100 millonésimas de segundo, lo que no dejó a los científicos mucho tiempo para enfriarse antes de desaparecer. Para que el enfriamiento por láser funcionara, necesitaban preenfriar el plasma, ralentizando aún más los iones. Al final, el plasma resultante fue aproximadamente cuatro veces más frío que cualquier otro que se haya creado antes, informaron los autores del estudio.
El ensamblaje de las piezas necesarias para generar plasma altamente enfriado tomó alrededor de 20 años, aunque los experimentos en sí duraron menos de una fracción de segundo, y se realizaron miles y miles de experimentos, dijo Killian.
"Cuando creamos un plasma solo dura unos cientos de microsegundos. Cada 'hacer un plasma, enfriarlo con láser, mirar y ver qué pasó' es menos de un milisegundo", dijo. "Lleva días y días acumular datos suficientes para decir: 'Ah, así es como se comporta el plasma'".
Va más frío
Los hallazgos del estudio generan muchas preguntas sobre cómo el plasma ultrafrío puede interactuar con la energía y la materia; encontrar respuestas podría ayudar a crear modelos más precisos de estrellas enanas blancas y planetas gigantes gaseosos, que tienen plasma profundo en sus interiores que se comporta de manera similar al plasma enfriado en el laboratorio.
"Necesitamos mejores modelos de esos sistemas para que podamos entender la formación de planetas", dijo Killian. "Esta es la primera vez que tenemos un experimento de mesa en el que podemos medir cosas para alimentar esos modelos".
Killian le dijo a Live Science que crear plasma que sea aún más frío también puede estar al alcance, lo que podría transformar aún más la comprensión de los científicos sobre cómo se comporta esta misteriosa forma de materia.
"Si podemos enfriarlo en otro orden de magnitud, podemos acercarnos a las predicciones de dónde el plasma puede convertirse en un sólido, pero un sólido extraño 10 veces menos denso que cualquier sólido que la gente haya hecho", dijo Killian.
"Eso sería muy, muy emocionante", agregó.
Los hallazgos fueron publicados en línea el jueves (3 de enero) en la revista Science.
Nota del editor: esta historia se actualizó para corregir la temperatura de la superficie del sol de 3.5 millones de grados Fahrenheit (2 millones de grados Celsius), que representa el interior más caliente de la estrella.
Artículo original sobre Ciencia viva.
