Pesquisadores que produzem os plasmas mais frios do universo descobriram uma maneira de torná-los ainda mais frios - explodindo-os com lasers.
Os cientistas resfriaram o plasma a cerca de 50 milésimos de grau acima do zero absoluto, cerca de 50 vezes mais frio que no espaço profundo.
Esse plasma frio pode revelar como os plasmas semelhantes se comportam nos centros das estrelas anãs brancas e no fundo dos planetas gasosos, como o nosso vizinho cósmico, Júpiter, relataram pesquisadores em um novo estudo.
O plasma é um tipo de gás, mas é diferente o suficiente para ser reconhecido como um dos quatro estados fundamentais da matéria (ao lado de gás, líquido e sólido). No plasma, um número significativo de elétrons foi separado de seus átomos, criando um estado no qual elétrons livres se aglomeram em torno de íons, ou átomos que possuem carga positiva ou negativa.
As temperaturas no plasma que ocorre naturalmente são tipicamente muito altas; por exemplo, o plasma na superfície do sol fervilha a 10.000 graus Fahrenheit (6.000 graus Celsius). Ao resfriar o plasma, os cientistas podem fazer observações mais detalhadas para entender melhor seu comportamento sob condições extremas, como as que agitam nossos vizinhos gigantes gasosos.
Seja mais frio
Então, por que usar lasers para ajudar o plasma a relaxar?
"O resfriamento a laser tira proveito do fato de a luz ter impulso", disse o autor principal do estudo, Thomas Killian, professor de física e astronomia na Universidade Rice, no Texas, ao Live Science. "Se eu tenho um íon no plasma e um raio laser espalha a luz desse íon, toda vez que o íon espalha um fóton, ele é empurrado na direção do raio laser", disse Killian.
Isso significa que, se um feixe de laser se opõe ao movimento natural do íon, toda vez que ele dispersa a luz, perde algum momento, o que o torna mais lento.
"É como caminhar morro acima ou em melaço", disse ele.
Para seus experimentos, Killian e seus colegas produziram pequenas quantidades de plasma neutro - plasma com um número relativamente igual de cargas positivas e negativas - vaporizando o metal estrôncio e depois ionizando a nuvem. O plasma se dissipou em menos de 100 milionésimos de segundo, o que não deixou muito tempo para os cientistas esfriarem antes que desaparecessem. Para o resfriamento a laser funcionar, eles precisavam pré-resfriar o plasma, diminuindo ainda mais os íons. No final, o plasma resultante foi cerca de quatro vezes mais frio do que qualquer outro já criado antes, relataram os autores do estudo.
A montagem das peças necessárias para gerar plasma altamente resfriado levou cerca de 20 anos, embora os experimentos durassem menos de uma fração de segundo - e houve milhares e milhares de experimentos realizados, disse Killian.
"Quando criamos um plasma, ele vive apenas algumas centenas de microssegundos. Cada 'faz um plasma, esfria com laser, olha e vê o que aconteceu' é menos de um milissegundo", disse ele. "Leva dias e dias para criar dados suficientes para dizer: 'Ah, é assim que o plasma está se comportando'".
Mais frio
As descobertas do estudo convidam muitas perguntas sobre como o plasma ultracold pode interagir com energia e matéria; encontrar respostas poderia ajudar a criar modelos mais precisos de estrelas anãs brancas e planetas gigantes gasosos, que possuem plasma profundo no interior que se comporta de maneira semelhante ao plasma resfriado no laboratório.
"Precisamos de melhores modelos desses sistemas para entender a formação do planeta", disse Killian. "Esta é a primeira vez que realizamos um experimento de mesa, no qual podemos medir coisas para alimentar esses modelos".
A criação de plasma ainda mais frio também pode estar ao nosso alcance, o que pode transformar ainda mais a compreensão dos cientistas de como essa forma misteriosa de matéria se comporta, disse Killian à Live Science.
"Se conseguirmos resfriá-lo em outra ordem de magnitude, podemos chegar perto de previsões de onde o plasma pode realmente se tornar sólido - mas um sólido bizarro 10 vezes menos denso do que qualquer sólido que as pessoas já tenham produzido", disse Killian.
"Isso seria muito, muito emocionante", acrescentou.
Os resultados foram publicados na quinta-feira (3 de janeiro) na revista Science.
Nota do Editor: Esta história foi atualizada para corrigir a temperatura da superfície do sol de 3,5 milhões de graus Fahrenheit (2 milhões de graus Celsius), que representa o interior mais quente da estrela.
Artigo original sobre Ciência ao vivo.
