Группа физиков из Университета Рейса разработала технологию охлаждения фотоионизированной нейтральной плазмы стронция.
Для того чтобы избежать сложностей, связанных с высокой температурой такого агрегатного состояния, исследователи использовали нейтральную плазму, созданную путем фотоионизацией ультрахолодного атомарного газа. После 135 микросекунд охлаждения наблюдалось снижение температуры ионов почти в четыре раза, до 50 мК.
Технология работает посредством зависящего от скорости рассеяния и обмена импульсом между почти резонансными фотонами и ионами, молекулами или атомами. Сразу после образования плазмы встречные поляризованные пучки освещали ее, образуя одномерный оптический поток для лазерного охлаждения вдоль его направления. Пиковая интенсивность одиночного луча достигала 100 мВт/см2. Снижение эффективности охлаждения, вызванное когерентной связью состояний и возникающими вследствие этого магнитно-индуцированными прозрачными участками, было сведено к минимуму благодаря быстро изменяющимся скоростям столкновений в плазме.
Экспериментальная схема. Охлаждающий (408 нм) и отталкивающий (1092 и 1033 нм) лазеры применяли во встречных конфигурациях с указанной поляризацией. Свет 422 нм для LIF был сформирован с помощью щели для освещения центрального среза плазмы.
Охлаждение было эффективным только в центральном регионе и в областях, для которых темп расширения вдоль оси лазера оставалась меньше или сопоставимой с диапазоном захвата скорости в течение заметного времени. Однако из-за высокой частоты столкновений в плазме эффект распространился во всех направлениях.
По словам физиков, помимо снижения температуры, технология позволяет создать достаточно резкие градиенты скорости и измерить сдвиговую вязкость. Те же самые оптические силы также замедляют расширение плазмы, открывая пути для ее удержания и других манипуляций.
Успешно продвигаются эксперименты и с классической горячей плазмой. На китайском экспериментальном сверхпроводящем токамаке смогли добиться повышения температуры «искусственного солнца» до 100 млн градусов °С.
текст: Илья Бауэр, фото: Rice University, inanemathgeek