Físicos Criam o Primeiro Plasma Neutro Refrigerado a Laser

Por Fábio Matos

Plasmas são formados naturalmente em altas temperaturas, como aquelas alcançadas no interior das estrelas. O plasma neutro consiste em um numero igual de elétrons e ions positivos. Em experimentos recentes, um time de físicos da Universidade de Rice trabalharam com o plasma neutro resfriado criados a partir de átomos de estrôncio que foi ionizado a laser. A equipe utilizou feixes de laser para resfriar os íons para uma temperatura em torno de 50 mK (mili Kelvin), um avanço que nos permitirá simular os estados exóticos da matéria que ocorrem no centro de Júpiter ou em Anãs Brancas. 

Primeiro plasma neutro refrigerado a laser do Mundo. Crédito: Brandon Martin / Rice University.

“O plasma é uma mistura, eletricamente condutora, de elétrons e íons,” afirmaram o  Professor Tom Killian e seus colegas.

“O plasma é um dos quatro estados fundamentais da matéria; mas diferente dos sólidos, líquidos e dos gases, que nos são familiares em nosso dia a dia, os plasmas costumam ocorrer em locais muito quentes como a superfície do  Sol ou no relâmpago.”


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“Estudando os plasmas ultra frios nós esperamos responder questões fundamentais sobre como a matéria se comporta sob condições extremas de alta densidade e baixa temperatura.”

O professor Killian e os coautores da pesquisa usaram um arranjo com  10 lasers de comprimentos de ondas diferentes para criar o plasma neutro resfriado.

O pesquisadores começaram vaporizando o metal de estrôncio e utilizando um arranjo de feixes de laser para aprisionar e resfriar uma nuvem, de átomos de estrôncio, do tamanho da digital de uma criança. 

Em seguida eles ionizaram o gás ultra frio bombardeando-o com um pulso laser de 10 nano segundos. 

Ao separar um elétron de cada átomo, o pulso, laser, converteu o gás em um plasma de íons e elétrons. 

A energia do feixe ionizante faz com que o plasma recém formado se expanda e dissipe em menos de um milésimo de segundo. 

A descoberta consiste no fato de que uma nuvem de íons em expansão pode ser resfriada com um arranjo de lasers após a criação do plasma. 

“Ainda não conhecemos nenhuma aplicação prática, mas toda vez que os físicos utilizam lasers para resfriar alguma coisa um mundo de possibilidades se abre”, afirmou o Professor Killian. 

“Ninguém esperava que o resfriamento de átomos e íons por meio de laser poderia nos levar a relógios mais precisos ou a avanços na computação quântica. Este campo de estudos é uma fronteira.”

O trabalho da equipe foi publicado no jornal Science


Thomas K. Langin et al. 2019. Laser cooling of ions in a neutral plasma. Science363 (6422): 61-64; doi: 10.1126/science.aat3158

Fonte: Sci-News

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