物理学家将液态金属转化为致密等离子体

2019年3月9日09:25:30物理学家将液态金属转化为致密等离子体已关闭评论
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等离子体由自由移动的电子和离子的热汤组成,容易导电。虽然它们在地球上并不常见,但等离子体构成了可观测宇宙中的大部分物质,例如太阳表…

等离子体由自由移动的电子和离子的热汤组成,容易导电。

虽然它们在地球上并不常见,但等离子体构成了可观测宇宙中的大部分物质,例如太阳表面。物理学家能够在地球上产生人造等离子体,通常是将气体加热到数千华氏度,从而剥离其电子原子。罗切斯特大学的Mohamed Zaghoo博士及其同事观察到,还有另一种产生等离子体的方法:在高密度条件下,将液态金属加热到很高的温度也会产生致密的等离子体。

Zaghoo博士说:“以前没有科学地观察到后者的转变,而且正是我们所做的。”

“这一观察的一个独特方面是高密度的液态金属具有量子特性。但是,如果它们被允许以高密度交叉到等离子态,它们将表现出经典特性。“在20世纪20年代,恩里科费米和保罗狄拉克介绍了统计公式,描述了由电子,中子和质子构成的物质的行为 - 构成地球物体的正常物质。

他们假设在某些条件下 - 极高密度或极低温度 - 电子或质子必须具有某些量子特性,而这些特性并不是经典物理学所描述的。然而,等离子体不遵循这种范例。

为了观察液体金属穿过等离子体,Zaghoo博士及其合作者开始使用金属氘,这显示了液体的经典特性。为了增加氘的密度,他们将其冷却到零下422华氏度(零下252摄氏度)。然后研究人员使用激光通过ultracool液体氘引发强烈冲击波。冲击波压缩氘的压力比大气压高出500万倍,同时也将温度提高到接近180,000华氏度(100,000摄氏度)。

样品开始时完全透明,但随着压力升高,它转变成具有高光学反射率的闪亮金属。“通过监测样品的反射率作为其温度的函数,我们能够观察到这种简单有光泽的液态金属转化为致密等离子体的精确条件,”Zaghoo博士解释说。

研究人员观察到液态金属最初表现出极端温度和密度下预期的电子量子特性。“然而,在大约90,000华氏度(50,000摄氏度)的情况下,金属氘的反射率开始上升,如果系统中的电子不再是量子的而是经典的,那么预期的斜率就是预期的。这意味着金属已成为等离子体,“Zaghoo博士说。

也就是说,团队从一个简单的液体开始。将密度增加到极端条件使得液体进入其表现出量子特性的状态。“提高温度甚至进一步使其变成等离子体,此时它表现出经典特性,但仍处于高密度条件下,”共同作者,同时也来自罗彻斯特大学的Suxing Hu博士说。“值得注意的是,量子与经典之间的这种交叉发生的条件与大多数人基于等离子教科书所预期的不同。此外,这种行为对所有其他金属都是普遍的。“