Предложена новая модель электронной эмиссии ультрахолодной плазмы
Ученые Института естественных и точных наук Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) и МГУ им. М.В. Ломоносова предложили новую физическую модель, объясняющую природу субгармоник электронной эмиссии ультрахолодной плазмы. Это еще один шаг на пути получения долгоживущей ультрахолодной плазмы, которая может потенциально использоваться при создании усовершенствованных ионных микроскопов и в других областях, а также позволит углубить знания о ранних этапах эволюции Вселенной.
«Ультрахолодная плазма — это особое состояние вещества, возникающее при температуре ионов, близкой к абсолютному нулю — ниже минус 272 оС. Температура электронов при этом составляет лишь несколько или несколько десятков кельвинов. Это гораздо ниже, чем в любых других видах плазмы. Такое состояние возможно лишь на короткое время — например, при лазерном охлаждении или в сверхзвуковых газодинамических струях», — рассказал один из авторов исследования, доцент кафедры «Физика наноразмерных систем» ИЕТН ЮУрГУ Людмила Свирская.
По мнению ученых, исследование состояния ультрахолодной плазмы поможет найти ответы на многие фундаментальные вопросы — от физики элементарных частиц до эволюции Вселенной. Как самостоятельное экспериментальное направление физика ультрахолодной плазмы возникла в самом конце 1990-х — начале 2000-х годов в связи с достижениями в области лазерного охлаждения газов и их захвата в магнитооптические ловушки.
Авторы посвятили свое исследование изучению явления испускания электронов при облучении плазмы монохроматическими волнами. Когда сгусток такой плазмы монотонно расширяется и встречает электромагнитную волну, поток испускаемых электронов демонстрирует необычное поведение с рядом ярко выраженных пиков. Выдвинутая ранее интерпретация этого явления, основанная на резонансах Тонкса-Даттнера, столкнулась с рядом серьезных ограничений.
Альтернативная концепция, предложенная авторами статьи, основана на идее многофотонной ионизации «вторичных» ридберговских атомов, образующихся в результате трехчастичной рекомбинации. Если электрон сдвигается волной на некоторое «пороговое» расстояние, то он теряет связь с конкретным ионом, т.е. ионизуется. Тогда и картина пиков меняется, становясь похожей на ту, что упомянута выше. В отличие от существовавшей ранее концепции, эта модель уже не зависит от формы облака и не требует специфических граничных условий.