A maioria das pessoas conhece sólidos, líquidos e gases como os três principais estados da matéria, mas também existe um quarto estado da matéria. O plasma – também conhecido como gás ionizado – é a forma de matéria mais abundante e observável em nosso universo, encontrada no Sol e em outros corpos celestes.



A criação da mistura quente de elétrons e íons em movimento livre que compõem um plasma geralmente requer pressões ou temperaturas extremas. Nestas condições extremas, os investigadores continuam a descobrir as formas inesperadas pelas quais o plasma pode mover-se e evoluir. Ao compreender melhor o movimento do plasma, os cientistas obtêm informações valiosas sobre a física solar, astrofísica e fusão.

Em um artigo publicado em Physical Review Letters , pesquisadores da Universidade de Rochester, juntamente com colegas da Universidade da Califórnia, em San Diego, descobriram uma nova classe de oscilações de plasma – o movimento ondulatório de elétrons e íons para frente e para trás. As descobertas têm implicações para melhorar o desempenho de aceleradores de partículas em miniatura e dos reatores usados ​​para criar energia de fusão.

"Esta nova classe de oscilações de plasma pode exibir características extraordinárias que abrem as portas para avanços inovadores na aceleração e fusão de partículas", diz John Palastro, cientista sênior do Laboratório de Laser Energética, professor assistente do Departamento de Engenharia Mecânica, e professor associado do Instituto de Óptica.

Ondas de plasma com vontade própria

Uma das propriedades que caracteriza um plasma é a sua capacidade de suportar movimento coletivo, onde elétrons e íons oscilam – ou ondulam – em uníssono. Essas oscilações são como uma dança rítmica. Assim como os dançarinos respondem aos movimentos uns dos outros, as partículas carregadas num plasma interagem e oscilam juntas, criando um movimento coordenado.

As propriedades dessas oscilações têm sido tradicionalmente ligadas às propriedades – como temperatura, densidade ou velocidade – do plasma como um todo. No entanto, Palastro e seus colegas determinaram uma estrutura teórica para as oscilações do plasma onde as propriedades das oscilações são completamente independentes do plasma em que existem.

“Imagine uma batida rápida na corda de um violão, onde o impulso se propaga ao longo da corda a uma velocidade determinada pela tensão e pelo diâmetro da corda”, diz Palastro. "Encontramos uma maneira de 'arrancar' um plasma, de modo que as ondas se movam independentemente da tensão e do diâmetro análogos."

Dentro de sua estrutura teórica, a amplitude das oscilações poderia viajar mais rápido do que a velocidade da luz no vácuo ou parar completamente, enquanto o próprio plasma viaja em uma direção totalmente diferente.

A pesquisa tem uma variedade de aplicações promissoras, principalmente para ajudar a obter energia de fusão comercial de queima limpa.

O co-autor Alexey Arefiev, professor de engenharia mecânica e aeroespacial da Universidade da Califórnia, San Diego, diz:"Este novo tipo de oscilação pode ter implicações para reatores de fusão, onde a mitigação das oscilações de plasma pode facilitar o confinamento necessário para alta eficiência Geração de energia."

Mais informações: JP Palastro et al, Ondas de plasma estruturadas em espaço-tempo, Cartas de revisão física (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.095101
Informações do diário: Cartas de revisão física

Fornecido pela Universidade de Rochester