Para peneliti yang membuat plasma terdingin di alam semesta baru saja menemukan cara untuk membuatnya lebih dingin - dengan meledakkannya dengan laser.
Para ilmuwan mendinginkan plasma sekitar 50-ribu derajat di atas nol mutlak, sekitar 50 kali lebih dingin daripada di ruang angkasa.
Plasma dingin ini dapat mengungkapkan bagaimana plasma serupa berperilaku di pusat bintang katai putih dan jauh di inti planet gas seperti tetangga kosmik kita, Jupiter, para peneliti melaporkan dalam sebuah studi baru.
Plasma adalah jenis gas, tetapi cukup berbeda untuk dikenali sebagai salah satu dari empat kondisi dasar materi (bersama gas, cair dan padat). Dalam plasma, sejumlah besar elektron telah dipisahkan dari atom-atomnya, menciptakan suatu keadaan di mana elektron-elektron bebas bertebaran di sekitar ion, atau atom yang memiliki muatan positif atau negatif.
Suhu dalam plasma yang terjadi secara alami biasanya sangat tinggi; misalnya, plasma di permukaan matahari mendidih pada 10.800 derajat Fahrenheit (6.000 derajat Celsius). Dengan mendinginkan plasma, para ilmuwan dapat melakukan pengamatan yang lebih rinci untuk lebih memahami perilakunya dalam kondisi ekstrem, seperti yang mengguncang tetangga raksasa gas kita.
Menjadi lebih dingin
Jadi mengapa menggunakan laser untuk membantu plasma bersantai?
"Pendinginan laser mengambil keuntungan dari fakta bahwa cahaya memiliki momentum," kata penulis studi utama Thomas Killian, seorang profesor fisika dan astronomi di Rice University di Texas, kepada Live Science. "Jika saya memiliki ion dalam plasma dan saya memiliki sinar laser yang menghamburkan cahaya dari ion itu, setiap kali ion tersebut menghamburkan foton, ia mendapat dorongan ke arah sinar laser," kata Killian.
Ini berarti bahwa jika sinar laser menentang gerakan alami ion, setiap kali ion menyebarkan cahaya, ia kehilangan beberapa momentum, yang memperlambatnya.
"Ini seperti berjalan menanjak atau dalam molase," katanya.
Untuk percobaan mereka, Killian dan koleganya menghasilkan sejumlah kecil plasma netral - plasma dengan jumlah muatan positif dan negatif yang relatif sama - menguapkan logam strontium dan kemudian mengionisasi awan. Plasma menghilang dalam waktu kurang dari 100 juta detik, yang tidak meninggalkan banyak waktu bagi para ilmuwan untuk mendinginkannya sebelum menghilang. Agar pendinginan laser berfungsi, mereka perlu mendinginkan plasma, memperlambat ion lebih banyak lagi. Pada akhirnya, plasma yang dihasilkan sekitar empat kali lebih dingin daripada yang pernah dibuat sebelumnya, penulis penelitian melaporkan.
Merakit potongan-potongan yang diperlukan untuk menghasilkan plasma yang sangat dingin membutuhkan waktu sekitar 20 tahun, meskipun percobaan itu sendiri berlangsung kurang dari sepersekian detik - dan ada ribuan percobaan dilakukan, kata Killian.
"Ketika kita membuat plasma, ia hanya hidup selama beberapa ratus mikrodetik. Setiap membuat plasma, dinginkan laser, lihat dan lihat apa yang terjadi 'kurang dari satu milidetik," katanya. "Dibutuhkan berhari-hari dan berhari-hari untuk benar-benar mengumpulkan data yang cukup untuk mengatakan, 'Ah, ini adalah bagaimana plasma berperilaku.'"
Menjadi lebih dingin
Temuan studi ini mengundang banyak pertanyaan tentang bagaimana plasma bisa berinteraksi dengan energi dan materi; menemukan jawaban dapat membantu untuk membuat model yang lebih akurat dari bintang katai putih dan planet gas raksasa, yang memiliki plasma jauh di dalam interiornya yang berperilaku mirip dengan plasma yang didinginkan di laboratorium.
"Kami membutuhkan model yang lebih baik dari sistem itu sehingga kami dapat memahami pembentukan planet," kata Killian. "Ini adalah pertama kalinya kami melakukan percobaan di atas meja di mana kami dapat mengukur sesuatu untuk dimasukkan ke dalam model-model itu."
Membuat plasma yang bahkan lebih dingin juga bisa dijangkau, yang selanjutnya dapat mengubah pemahaman para ilmuwan tentang bagaimana bentuk materi misterius ini berperilaku, Killian mengatakan kepada Live Science.
"Jika kita bisa mendinginkannya dengan urutan lain besarnya, kita bisa mendekati prediksi di mana plasma sebenarnya menjadi padatan - tetapi padatan ganjil 10 kali lebih padat dari padatan apa pun yang pernah dibuat orang," kata Killian.
"Itu akan sangat, sangat menarik," tambahnya.
Temuan ini dipublikasikan secara online Kamis (3 Januari) di jurnal Science.
Catatan Editor: Cerita ini diperbarui untuk mengoreksi suhu permukaan matahari dari 3,5 juta derajat Fahrenheit (2 juta derajat Celsius), yang mewakili interior panas bintang.
Artikel asli aktif Sains Langsung.
