作者:赖斯大学的杰德·博伊德 激光诱导荧光产生的图像显示了当被四极磁铁限制时，超冷等离子体(黄色和金色)云如何快速膨胀
超冷等离子体在室中心(左)产生并迅速膨胀，通常在几千分之一秒内消散
利用强磁场(粉红色)，莱斯大学的物理学家捕获并保持超冷等离子体达百分之几秒
通过在这样的实验中研究等离子体如何与强磁场相互作用，研究人员希望回答与清洁聚变能源、太阳物理、空间天气等相关的研究问题
信用:T
基利安/莱斯大学 莱斯大学的物理学家发现了一种将世界上最冷的等离子体保存在磁性瓶子里的方法，这一技术成果可能会推进清洁能源、空间天气和天体物理学的研究
“为了理解太阳风是如何与地球相互作用的，或者为了从核聚变中产生清洁能源，我们必须理解等离子体——一种由电子和离子组成的汤——在磁场中的行为，”自然科学学院的赖斯院长汤姆·基利安说，他是《物理评论快报》上发表的一项关于这项工作的研究的相应作者
基利安和研究生格兰特·戈尔曼和麦肯齐·沃伦斯利用激光冷却锶，制造了一种比绝对零度高1度(约-272摄氏度)的等离子体，并利用周围磁铁的力量将其短暂捕获
这是超冷等离子体第一次被磁性限制，研究超冷等离子体超过20年的基利安说，这为在许多环境下研究等离子体打开了大门
物理学和天文学教授基利安说:“这为在更复杂的地方研究中性等离子体提供了一个干净可控的试验台，比如太阳大气层或白矮星。”
“让等离子体变得如此冷，让实验室系统变得非常干净，这真的很有帮助
从一个简单的、小的、控制良好的、容易理解的系统开始，可以让你去除一些混乱，真正隔离你想看到的现象
" 这对这项研究的合著者斯蒂芬·布拉德肖很重要，他是赖斯的天体物理学家，专门研究太阳上的等离子体现象
物理学和天文学副教授布拉德肖说:“在太阳的整个大气层中，(强)磁场具有改变一切相对于没有磁场时你所期望的东西的作用，但是以非常微妙和复杂的方式，如果你对它没有很好的理解，它真的会把你绊倒。”
学分:莱斯大学 太阳物理学家很少能清楚地观察到太阳大气中的特定特征，因为部分大气位于照相机和这些特征之间，而介于其间的大气中不相关的现象掩盖了他们想要观察的东西
布拉德肖说:“不幸的是，由于视线问题，等离子体特性的观测测量存在相当大的不确定性。”
“但随着我们对这一现象的理解的提高，最关键的是，利用实验室的结果来测试和校准我们的数值模型，那么我们就有希望降低这些测量的不确定性
" 等离子体是物质的四种基本状态之一，但与固体、液体和气体不同，等离子体通常不是日常生活的一部分，因为它们往往出现在非常热的地方，如太阳、闪电或蜡烛火焰
像那些热等离子体一样，基利安的等离子体是由电子和离子组成的汤，但它们是通过激光冷却变冷的，激光冷却是25年前开发的一种用光捕捉和减缓物质的技术
基利安说，用于捕获等离子体的四极磁装置是他的实验室和其他人用来制造超冷等离子体的超冷装置的标准部分
但是找到如何用磁铁捕获等离子体是一个棘手的问题，因为磁场会破坏物理学家用来观察超冷等离子体的光学系统
“我们的诊断是激光诱导荧光，我们将激光束照射到等离子体中的离子上，如果光束的频率正好合适，离子将非常有效地散射光子，”他说
“你可以给它们拍张照，看看离子在哪里，甚至可以通过观察多普勒频移来测量它们的速度，就像用雷达枪观察汽车行驶的速度一样
但是磁场实际上在共振频率附近移动，我们必须从我们感兴趣观察的多普勒频移中解开来自磁场的频谱移动
" 这使得实验变得非常复杂，更复杂的是，磁场在整个等离子体中发生了巨大的变化
莱斯大学研究生麦肯齐·沃伦斯在莱斯的超冷原子和等离子实验室调整激光冷却实验
(杰夫·菲特洛/莱斯大学照片) 基利安说:“所以我们不仅要处理磁场，还要处理在空间中以相当复杂的方式变化的磁场，以便理解数据并弄清楚等离子体中发生了什么。”
“我们花了一年的时间试图弄清楚我们得到数据后看到了什么
" 磁场也使实验中的等离子体行为变得更加复杂
这正是诱捕技术如此有用的原因
基利安说:“当我们的等离子体穿过这些场线膨胀并开始感受到力量并被困住时，情况就变得非常复杂了。”
“这是一个非常普遍的现象，但它非常复杂，我们真的需要了解
" 自然界的一个例子是太阳风，来自太阳的高能等离子体流导致了北极光
当太阳风中的等离子体撞击地球时，它与我们星球的磁场相互作用，这些相互作用的细节仍然不清楚
另一个例子是聚变能源研究，物理学家和工程师希望重建太阳内部的条件，创造大量的清洁能源
基利安说，他、戈尔曼和沃伦用来密封超冷等离子体的四极磁装置类似于聚变能源研究人员在20世纪60年代开发的设计
布拉德肖说，聚变所需的等离子体温度约为1.5亿摄氏度，磁性容纳等离子体是一项挑战，部分原因是等离子体和磁场如何相互作用和影响的问题尚未得到解答
布拉德肖说:“主要问题之一是保持磁场足够稳定，持续足够长的时间，以实际控制反应。”
“只要磁场中有一点小扰动，它就会增长并‘砰’的一声，核反应就被破坏了
他说:“要想让它运转良好，你必须让事情保持真正、真正的稳定。”
“同样，在一个非常好的、原始的实验室等离子体中观察事物可以帮助我们更好地理解粒子是如何与磁场相互作用的
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