Os três estados físicos clássicos - sólido, líquido e gasoso - pode ser observado em qualquer cozinha normal, por exemplo, quando você leva um cubo de gelo para ferver. Mas se você aquecer o material ainda mais, de modo que os átomos de uma substância colidem e os elétrons se separam deles, então outro estado é alcançado:plasma. Mais de 99 por cento do material no espaço está presente nesta forma, dentro de estrelas, por exemplo. Portanto, não é de admirar que os físicos estejam ansiosos para estudar esse material. Infelizmente, Criar e estudar plasmas na Terra usando a alta temperatura e pressão que existem dentro das estrelas é extremamente desafiador por vários motivos. Os físicos da Universidade Friedrich Schiller em Jena agora conseguiram resolver alguns desses problemas, e eles relataram seus resultados no renomado jornal de pesquisa Revisão Física X .

Nanofios deixam a luz passar

"Para aquecer o material de forma que o plasma seja formado, precisamos de uma energia correspondentemente alta. Geralmente usamos luz na forma de um grande laser para fazer isso, "explica Christian Spielmann, da Universidade de Jena." No entanto, esta luz tem que ter um pulso muito curto, de modo que o material não se expanda imediatamente quando atinge a temperatura adequada, mas se mantém unido como plasma denso por um breve período. "Há um problema com esta configuração experimental, embora:"Quando o feixe de laser atinge a amostra, plasma é criado. Contudo, quase imediatamente começa a agir como um espelho e reflete uma grande parte da energia que chega, que, portanto, falha em penetrar totalmente no assunto. Quanto maior o comprimento de onda do pulso do laser, quanto mais crítico o problema, "diz Zhanna Samsonova, que desempenhou um papel de liderança no projeto.

Para evitar esse efeito de espelho, os pesquisadores em Jena usaram amostras feitas de fios de silício. O diâmetro desses fios - algumas centenas de nanômetros - é menor do que o comprimento de onda de cerca de quatro micrômetros da luz que entra. "Fomos os primeiros a usar um laser com comprimento de onda tão longo para a criação de plasma, "diz Spielmann." A luz penetra entre os fios da amostra e os aquece por todos os lados, de modo que por alguns picossegundos, um volume significativamente maior de plasma é criado do que se o laser fosse refletido. Cerca de 70 por cento da energia consegue penetrar na amostra. "Além disso, graças aos curtos pulsos de laser, o material aquecido existe um pouco mais antes de se expandir. Finalmente, usando espectroscopia de raios-X, os pesquisadores podem recuperar informações valiosas sobre o estado do material.

Valores máximos de temperatura e densidade

"Com nosso método, é possível atingir novos valores máximos de temperatura e densidade em um laboratório, "diz Spielmann. Com uma temperatura de cerca de 10 milhões Kelvin, o plasma é muito mais quente do que o material na superfície do Sol, por exemplo. Spielmann também menciona os parceiros de cooperação no projeto. Para os experimentos de laser, os cientistas de Jena usaram uma instalação da Universidade de Tecnologia de Viena; as amostras vêm do Instituto Nacional de Metrologia da Alemanha em Braunschweig; e simulações de computador para confirmar as descobertas vêm de colegas em Darmstadt e Düsseldorf.

Os resultados da equipe Jena são um sucesso inovador, oferecendo uma abordagem completamente nova para a pesquisa de plasma. As teorias sobre o estado do plasma podem ser verificadas por meio de experimentos e subsequentes simulações de computador. Isso permitirá que os pesquisadores entendam melhor os processos cosmológicos. Além disso, os cientistas estão realizando um valioso trabalho preparatório para a instalação de aparelhos de grande escala. Por exemplo, o acelerador de partículas internacional, Instalação para pesquisa de antiprótons e íons (FAIR), está atualmente em construção em Darmstadt e deve entrar em operação por volta de 2025. Graças às novas informações, será possível selecionar áreas específicas que merecem um exame mais detalhado.