Pesquisadores do Cluster of Excellence "CUI:Advanced Imaging of Matter" alcançaram um avanço - criando um tipo completamente novo de plasma combinando tecnologias de ponta usando pulsos de laser ultracurtos e gases atômicos ultracold. Eles relatam um novo mecanismo de resfriamento de elétrons ocorrendo em tais plasmas no jornal Nature Communications .

A matéria existe em quatro estados - sólido, gás, líquido, e plasma - sendo o plasma o estado mais abundante no universo visível. Ele consiste em partículas carregadas livres, como íons e elétrons. Os plasmas podem existir em uma grande variedade de temperaturas e densidades, do núcleo do sol para relâmpagos ou chamas. Os desafios para entender a dinâmica do plasma são primeiro identificar os mecanismos universais e depois compará-los a um experimento de laboratório controlado. “Com o trabalho apresentado, esperamos contribuir para uma compreensão mais ampla dos processos fundamentais que ocorrem em sistemas de plasma extremos, que não são diretamente acessíveis para pesquisa experimental, O primeiro autor Tobias Kroker do grupo de pesquisa do Prof. Dr. Markus Drescher no Departamento de Física afirma.

No Center for Optical Quantum Technologies da Universität Hamburg, os pesquisadores resfriam e prendem átomos com luz laser. Eles usam o intenso campo de luz de um pulso de laser ultracurto para quebrar átomos em elétrons e íons em 200 femtossegundos. Um femtossegundo é um milionésimo de um bilionésimo de um segundo. Por causa da temperatura inicial extremamente baixa dos átomos, os íons têm temperaturas inferiores a 40 milikelvin, que é apenas uma fração acima da temperatura mais baixa possível no universo (0 Kelvin ou menos 273 graus na escala Celsius). Em contraste, os elétrons são inicialmente muito quentes com temperaturas de 5250 Kelvin, próximos aos encontrados na superfície do sol.

Elétrons quentes criados diretamente pelo pulso de laser ultracurto começam a escapar e deixam para trás uma região carregada positivamente que aprisiona alguns dos elétrons em um plasma ultracold. "Tal estado de plasma nunca foi observado antes, "Kroker diz. Os pesquisadores dos grupos do Prof. Dr. Markus Drescher e do Prof. Dr. Klaus Sengstock observaram que os elétrons presos no plasma são resfriados em escalas de tempo ultrarrápidas e medem a temperatura eletrônica final. Além disso, eles observaram que o plasma é estável por algumas centenas de nanossegundos, que é muito tempo para tais sistemas.

Esses plasmas ultracold fornecem referências para modelos teóricos e podem lançar luz sobre condições extremas presentes na fusão de confinamento inercial ou objetos astronômicos, como anãs brancas. Além disso, os elétrons ultracold resultantes são interessantes por si próprios como uma fonte brilhante para imagens de amostras biológicas.