Che cos'è un plasma ultrafreddo?

Fonte: Physics.aps.org 

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I vapori atomici raffreddati con i laser, possono essere foto-ionizzati per formare dei plasmi a temperature fino a 1 kelvin. Ciò potrebbe consentire lo studio di plasmi neutri molto particolari, con proprietà liquide e anche cristalline.

Il plasma, il più comune stato della materia nell’universo, copre un’incredibile range di parametri, da una densità di 10³ cm^-3 e temperature di poche centinaia di kelvin nell’aurora della ionosfera terrestre, fino ad una densità di 10²⁷ cm^-3 e una temperatura di 10⁷ kelvin, nel nucleo del Sole. Con gli strumenti di fisica atomica e le tecniche di raffreddamento laser, oggi è possibile creare plasmi neutri, a temperature fino a 1 kelvin (dunque molto basse; 1°K corrisponde a -272,15° C). Poter disporre di questo tipo di plasmi in un laboratorio, può aiutarci a comprendere meglio gli interni dei grandi pianeti e delle nane bianche, nonché a sondare nuovi stati della materia ed effetti non ordinari liquido-cristallini, nei cosiddetti plasmi fortemente accoppiati. I plasmi ultrafreddi sono stati creati in diversi sistemi atomici; inclusi Xeno, Rubidio, Cesio, Stronzio, e Calcio (essenzialmente qualsiasi atomo che può essere facilmente raffreddato con un laser e che abbia una conveniente lunghezza d’onda laser per la fotoionizzazione. Mentre molti esperimenti con i plasmi convenzionali (caldi) tendono a richiedere grandi impianti, gli esperimenti con plasmi ultrafreddi assomigliano molto di più a quelli di fisica atomica (fisica “da tavolo” con una piccola camera a vuoto e vari strumenti laser); ed infatti vengono quasi sempre condotti da gruppi di ricerca specializzati in fisica atomica.

A causa della natura piuttosto delicata di questi plasmi (essi esistono a bassa temperatura e contengono solo ioni; inoltre gli esperimenti con questi plasmi debbono essere eseguiti con camere a vuoto), la maggior parte delle sonde utilizzate nella fisica dei plasmi tradizionali (caldi), risultano essere troppo invasive (ad esempio, degli elettrodi posti al centro del plasma; con i plasmi ultrafreddi, questa strategia è troppo invasiva e non va bene). I ricercatori nel campo dei plasmi ultrafreddi, misurano gli elettroni o gli ioni che fuggono dal plasma (spontaneamente o in modo indotto), oppure utilizzano la spettroscopia laser e tecniche di imaging, per gli ioni con transizioni otticamente convenienti.