Исследователи из Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) и Московского государственного университета (МГУ) имени М.В. Ломоносова предложили новую физическую модель, объясняющую загадочные всплески электронов в ультрахолодной плазме — одном из самых необычных состояний вещества во Вселенной. Результаты опубликованы в международном журнале Physics of Plasmas.
Авторы работы — доцент кафедры «Физика наноразмерных систем» ИЕТН ЮУрГУ Людмила Свирская и ее соавтор Юрий Думин из МГУ. Ученые предложили альтернативное объяснение электронных пиков, возникающих при взаимодействии ультрахолодной плазмы с электромагнитным излучением.
Ультрахолодная плазма — это особое состояние вещества, в котором температура ионов может опускаться до одного кельвина и ниже (менее –272 °C), а температура электронов составляет лишь несколько или несколько десятков кельвинов. Такое состояние возможно лишь на короткое время — например, при лазерном охлаждении или в сверхзвуковых газодинамических струях.
Одно из загадочных явлений в этом состоянии — эмиссия электронов при облучении плазмы монохроматической электромагнитной волной. Исследователи наблюдали, как поток испускаемых электронов демонстрирует серию пиков, природа которых до сих пор не была полностью понятна. Ранее предполагалось, что они возникают из-за резонансов Тонкса-Даттнера, однако эта гипотеза оказалась уязвимой к ряду теоретических возражений.
Исследователи предложили иную интерпретацию: согласно их модели, ключевую роль играет многофотонная ионизация ридберговских атомов, возникающих в результате трехчастичной рекомбинации. В этой концепции электрон теряет связь с ионом, если внешнее поле сдвигает его на определённое расстояние — так возникает электронный всплеск. Модель хорошо описывает наблюдаемую картину, не требует сложных граничных условий и независима от геометрии плазменного облака.
Понимание свойств ультрахолодной плазмы имеет не только фундаментальное, но и прикладное значение. В будущем такие исследования могут способствовать развитию технологий ионной микроскопии и других точных инструментов, а также углубить знания о ранних этапах эволюции Вселенной.
Источник: Минобрнауки РФ
