Los investigadores del Cluster of Excellence "CUI:Advanced Imaging of Matter" han logrado un gran avance al crear un tipo de plasma completamente nuevo mediante la combinación de tecnologías de vanguardia que utilizan pulsos de láser ultracortos y gases atómicos ultrafríos. Informan sobre un nuevo mecanismo de enfriamiento de electrones que ocurre en tales plasmas en la revista. Comunicaciones de la naturaleza .

La materia existe en cuatro estados:sólido, gas, líquido, y plasma, siendo el plasma el estado más abundante en el universo visible. Consiste en partículas cargadas libres como iones y electrones. Los plasmas pueden existir en una enorme variedad de temperaturas y densidades, desde el núcleo del sol hasta los relámpagos o las llamas. Los desafíos para comprender la dinámica del plasma son, en primer lugar, identificar los mecanismos universales y luego compararlos con un experimento de laboratorio controlado. "Con el trabajo presentado, Esperamos contribuir a una comprensión más amplia de los procesos fundamentales que ocurren en los sistemas de plasma extremos, que no son directamente accesibles para la investigación experimental, "primer autor Tobias Kroker del grupo de investigación del Prof. Dr. Markus Drescher en el Departamento de Estados de Física.

En el Centro de Tecnologías Ópticas Cuánticas de la Universität Hamburg, los investigadores enfrían y atrapan átomos con luz láser. Utilizan el intenso campo de luz de un pulso láser ultracorto para descomponer los átomos en electrones e iones en 200 femtosegundos. Un femtosegundo es una millonésima de una mil millonésima de segundo. Debido a la temperatura inicial extremadamente baja de los átomos, los iones tienen temperaturas inferiores a 40 milikelvin, que es solo una fracción por encima de la temperatura más baja posible en el universo (0 Kelvin o menos 273 grados en la escala Celsius). A diferencia de, los electrones están inicialmente muy calientes con temperaturas de 5250 Kelvin, cerca de los que se encuentran en la superficie del sol.

Los electrones calientes creados directamente por el pulso láser ultracorto comienzan a escapar y dejan una región cargada positivamente que atrapa algunos de los electrones en un plasma ultrafrío. "Nunca antes se había observado un estado de plasma así, "Dice Kroker. Los investigadores de los grupos del Prof. Dr. Markus Drescher y el Prof. Dr. Klaus Sengstock observaron que los electrones atrapados en el plasma se enfrían en escalas de tiempo ultrarrápidas y miden la temperatura electrónica final. Además, observaron que el plasma es estable durante unos cientos de nanosegundos, que es mucho tiempo para tales sistemas.

Estos plasmas ultrafríos proporcionan puntos de referencia para los modelos teóricos y pueden arrojar luz sobre las condiciones extremas presentes en la fusión por confinamiento inercial u objetos astronómicos como las enanas blancas. Es más, los electrones ultrafríos resultantes son interesantes por sí mismos como una fuente brillante para obtener imágenes de muestras biológicas.