La maggior parte delle persone conosce i solidi, i liquidi e i gas come i tre principali stati della materia, ma esiste anche un quarto stato della materia. Il plasma, noto anche come gas ionizzato, è la forma di materia più abbondante e osservabile nel nostro universo e si trova nel Sole e in altri corpi celesti.
Creare la miscela calda di elettroni e ioni che si muovono liberamente che compongono un plasma spesso richiede pressioni o temperature estreme. In queste condizioni estreme, i ricercatori continuano a scoprire i modi inaspettati in cui il plasma può muoversi ed evolversi. Comprendendo meglio il movimento del plasma, gli scienziati ottengono preziose informazioni sulla fisica solare, sull'astrofisica e sulla fusione.
In un articolo pubblicato su Physical Review Letters , i ricercatori dell'Università di Rochester, insieme ai colleghi dell'Università della California, a San Diego, hanno scoperto una nuova classe di oscillazioni del plasma:il movimento ondulatorio avanti e indietro di elettroni e ioni. I risultati hanno implicazioni per migliorare le prestazioni degli acceleratori di particelle in miniatura e dei reattori utilizzati per creare energia da fusione.
"Questa nuova classe di oscillazioni del plasma può presentare caratteristiche straordinarie che aprono la porta a progressi innovativi nell'accelerazione e nella fusione delle particelle", afferma John Palastro, uno scienziato senior presso il Laboratorio di Energetica Laser, professore assistente presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica, e professore associato presso l'Istituto di ottica.
Una delle proprietà che caratterizza un plasma è la sua capacità di supportare il movimento collettivo, in cui elettroni e ioni oscillano – o ondeggiano – all’unisono. Queste oscillazioni sono come una danza ritmica. Proprio come i ballerini rispondono ai movimenti degli altri, le particelle cariche in un plasma interagiscono e oscillano insieme, creando un movimento coordinato.
Le proprietà di queste oscillazioni sono state tradizionalmente collegate alle proprietà – come la temperatura, la densità o la velocità – del plasma nel suo complesso. Tuttavia, Palastro e i suoi colleghi hanno determinato un quadro teorico per le oscillazioni del plasma in cui le proprietà delle oscillazioni sono completamente indipendenti dal plasma in cui esistono.
"Immagina una rapida pizzicata di una corda di chitarra in cui l'impulso si propaga lungo la corda a una velocità determinata dalla tensione e dal diametro della corda", dice Palastro. "Abbiamo trovato un modo per 'strappare' un plasma, in modo che le onde si muovano indipendentemente dalla tensione e dal diametro analoghi."
All'interno del loro quadro teorico, l'ampiezza delle oscillazioni potrebbe essere fatta viaggiare più velocemente della velocità della luce nel vuoto o fermarsi completamente, mentre il plasma stesso viaggia in una direzione completamente diversa.
La ricerca ha una varietà di applicazioni promettenti, in particolare nel contribuire a ottenere energia da fusione commerciale e a combustione pulita.
Il coautore Alexey Arefiev, professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso l'Università della California, a San Diego, afferma:"Questo nuovo tipo di oscillazione potrebbe avere implicazioni per i reattori a fusione, dove mitigare le oscillazioni del plasma può facilitare il confinamento necessario per un'elevata efficienza". produzione di energia."
Ulteriori informazioni: J. P. Palastro et al, Onde di plasma strutturate nello spazio-tempo, Lettere di revisione fisica (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.095101
Informazioni sul giornale: Lettere di revisione fisica
Fornito dall'Università di Rochester
