Plasma Ultracold Memodelkan Tempat Paling Ekstrem di Alam Semesta


Plasma yang dibuat oleh fisikawan di Hamburg adalah kandidat yang baik untuk pengujian semacam itu karena, dalam cara, lebih ekstrim daripada sebelumnya. Karena sangat padat, kopling listrik — interaksi antara partikel bermuatan di dalamnya — sangat kuat. Membuat plasma yang sangat berinteraksi selalu menjadi item daftar keinginan dan tantangan teknis bagi fisikawan plasma ultra dingin, kata Steven Rolston, perintis di bidang ini dan ilmuwan di Universitas Maryland yang tidak terlibat dalam penelitian ini. “Plasma sebenarnya tidak suka digabungkan dengan kuat,” katanya. Begitu atom dalam plasma menjadi ion bermuatan, katanya, jika ada cukup waktu, energi potensial listriknya dapat menumpuk dan membuatnya bergoyang, mengalahkan interaksi yang menyatukannya.

Karena betapa sulitnya untuk merekayasa mereka di laboratorium dan menjangkau mereka di luar angkasa, plasma yang berpasangan kuat mewakili sebagian besar medan yang belum dijelajahi oleh fisikawan. Mereka adalah keadaan materi yang belum sepenuhnya dipahami oleh para ilmuwan dan ingin dieksplorasi lebih lanjut.

Bagian dari keberhasilan eksperimen baru, menurut Juliette Simonet, salah satu pemimpin tim Hamburg, berasal dari mempertemukan para ahli fisika ultracold dan ultrafast. Ini menghasilkan satu-dua pukulan menggunakan atom yang sangat dingin dan terkontrol sebagai dasar percobaan dan laser yang sangat cepat sebagai alat utama untuk memanipulasinya. “Ini adalah kolaborasi besar antara dua bidang penelitian,” katanya.

Mesin yang dibuat timnya juga memungkinkan para peneliti untuk melacak secara langsung apa yang dilakukan elektron setelah mereka putus dari atomnya. Dalam eksperimen sebelumnya, fisikawan hanya menyimpulkan apa yang mungkin terjadi pada mereka dengan mengukur aspek lain dari plasma. Di sini, mereka menentukan bahwa pulsa laser menyebabkan suhu elektron meroket hingga lebih dari 8.000 derajat Fahrenheit sesaat sebelum mendingin kembali sebagai respons terhadap tarikan ion. “Ini melampaui apa pun yang telah dilihat sejauh ini,” kata Simonet tentang pengamatan terperinci ini.

Menurut Killian, detail semacam itu sejauh ini juga luput dari teori fisikawan. “Banyak teori standar yang digunakan orang dalam plasma yang menggambarkan cara energi diangkut atau massa diangkut melalui sistem tidak berfungsi dalam hal ini. [interaction] rezim, “catatnya.

Untuk memastikan bahwa mereka memahami apa yang mereka lihat, tim Hamburg menggunakan kalkulasi komputer. Karena plasma mereka sangat kecil, Mario Grossman, seorang mahasiswa pascasarjana dalam kelompok dan rekan penulis studi tersebut, mengatakan mereka dapat menghitung bagaimana setiap partikel plasma berinteraksi satu sama lain. Ini seperti meminta komputer untuk mendeskripsikan kebisingan di ruangan yang penuh sesak dengan mengumpulkan detail kecil dari percakapan antara dua orang.

Untuk sistem 8.000 partikel mereka, dia harus menunggu hingga 22 hari sampai komputer memberikan hasil. Yang menggembirakan, partikel plasma yang disimulasikan melakukan hampir persis seperti yang dilihat peneliti oleh partikel nyata dalam percobaan mereka. Pendekatan simulasi ini, bagaimanapun, akan menjadi tidak praktis untuk plasma yang lebih besar dan terjadi secara alami.

“Sebagian besar teori benar-benar semacam kekerasan — ‘Biarkan saya meletakkannya di komputer yang sangat besar dan menghitung interaksi’ — yang berskala buruk,” Rolston setuju. Dia menunjukkan bahwa mungkin tidak ada komputer yang cukup kuat untuk secara bersamaan menangani setiap interaksi partikel tunggal dalam plasma besar. Teori yang lebih canggih akan memperkecil, melupakan detail partikel yang detail, dan memprediksi perilaku plasma berdasarkan sifat-sifatnya secara keseluruhan.

Teori semacam ini akan membantu fisikawan ultra dingin dan peneliti yang mempelajari benda langit. Itu bisa memprediksi kapan plasma yang berpasangan kuat dapat mengembangkan riak atau mempertahankan arus listrik. Prediksi ini dapat diuji dalam eksperimen laboratorium di Bumi dan menawarkan wawasan tentang evolusi — atau bahkan penggabungan antara — katai putih di luar angkasa. “Awalnya kami memiliki plasma super-coupled,” kata Wessels-Staarmann. “Hal yang menarik adalah benar-benar mempertahankan penggandengan ini, sehingga Anda dapat benar-benar berkontribusi pada apa yang terjadi pada katai putih.”

Diposting oleh : joker123