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Des physiciens piègent pour la première fois du plasma ultra-froid dans une bouteille magnétique

Capturer la foudre dans une bouteille est la définition même d’une tâche difficile, mais maintenant les physiciens ont trouvé un moyen de contenir l’ultra froid plasma dans un piège à bouteille magnétique, une percée qui pourrait rapprocher les physiciens de la compréhension des vents solaires et de la réalisation de la fusion nucléaire.

Le plasma est l’un des quatre états de matière, constitué d’ions positifs et d’électrons libres négatifs. Mais contrairement aux solides, liquides et gaz, sa tendance à se produire uniquement dans les endroits les plus extrêmes, comme dans la traînée d’air ionisé que nous appelons un éclair, dans le modèle de danse des aurores boréales, ou à la surface du soleil, rend l’étude extrêmement difficile.

Cette difficulté est seulement aggravée par le fait que les plasmas dans les aurores boréales ou à la surface du soleil interagissent avec un champ magnétique complexe d’une manière que les scientifiques n’ont pas encore pleinement comprise.

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« Dans toute l’atmosphère du soleil, le (fort) champ magnétique a pour effet de tout modifier par rapport à ce à quoi vous vous attendriez sans champ magnétique, mais de manière très subtile et compliquée qui peut vraiment vous faire trébucher si vous n’avez pas vraiment de champ magnétique. bonne compréhension de celui-ci « , co-auteur de l’étude Peter Bradshaw, astrophysicien à l’Université Rice de Houston, dit dans un communiqué.

Les particules plus froides se déplacent plus lentement, ce qui permet des mesures beaucoup plus précises de leur comportement. Afin de comprendre comment les plasmas interagissent avec les champs magnétiques, les scientifiques ont refroidi leur plasma, constitué de strontium, jusqu’à environ 1 degré au-dessus du zéro absolu (environ moins 272 degrés Celsius) en utilisant une technique appelée refroidissement par laser.

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On pourrait penser que tirer un laser sur quelque chose le réchaufferait, mais si les photons (particules de lumière) dans le faisceau laser se déplacent dans la direction opposée des particules de plasma en mouvement, ils peuvent en fait ralentir et refroidir ces particules de plasma. eux vers le bas.

Une fois le plasma refroidi, les chercheurs l’ont momentanément piégé avec les forces des aimants environnants, leur permettant de l’étudier avant qu’il ne se dissipe. Ils ont ensuite tenté de démêler l’interaction entre les ions et les électrons du plasma et le champ magnétique, qui varie fortement à travers le plasma. L’interaction était si complexe qu’il leur a fallu un an pour interpréter pleinement leurs données.

Le nuage de plasma refroidi par laser se dilate rapidement à l’intérieur du piège magnétique. (Crédit d’image: T.Killian / Rice University)

« Nous mesurons les propriétés du plasma en diffusant la lumière sur les ions dans le plasma, mais le champ magnétique complique vraiment cela », ont déclaré Rice Dean des Sciences naturelles et l’auteur correspondant Tom Killian à 45Secondes.fr. En effet, le champ magnétique modifie la manière dont les ions diffusent la lumière laser de manière très imprévisible.

« En plus de cela, le champ magnétique varie dans l’espace dans tout le plasma », a déclaré Killian. « Nous avons dû trier tous ces effets. » pour peindre une image de la densité et de la vitesse du plasma à travers la bouteille au fil du temps.

L’image qu’ils ont révélée était celle où les électrons de faible masse en mouvement rapide étaient étroitement épinglés aux lignes de champ magnétique et en spirale autour d’elles, avec les ions positifs retenus à l’intérieur du piège par leur attraction vers les électrons chargés négativement. Les auteurs de l’article supposent que le champ magnétique a empêché les électrons et les ions de se combiner pour former des atomes neutres, et a ainsi gardé la soupe piégée dans son état de plasma.

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La technique de piégeage ouvre un large éventail de pistes pour la recherche sur le plasma. Si les physiciens peuvent capturer du plasma ultra-froid dans une bouteille, ils peuvent étudier le comportement d’objets stellaires composés de plasma comme les naines blanches, ou commencer à reproduire les conditions de fusion à l’intérieur du soleil.

Ensuite, les chercheurs ont déclaré qu’ils concevraient une grille laser qui boucherait tous les trous du champ magnétique de la bouteille à travers lesquels les ions pourraient échapper à l’expérience. Ils espèrent également étudier plus en détail les processus qui se produisent à l’intérieur du plasma piégé, tels que la manière dont les ions et les électrons pourraient se recombiner ou comment l’énergie et la masse se déplacent dans le système.

« Nos nouvelles capacités peuvent donner une excellente occasion d’étudier ces phénomènes », a déclaré Killian. « Des effets similaires sont probablement importants pour comprendre d’autres systèmes sur lesquels il est difficile de faire des expériences, comme les étoiles naines blanches. »

Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.

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