«Пушистые» ледяные частицы в плазме открывают новую физику

Учёные из Калифорнийского технологического института (Caltech) в лабораторных условиях создали уникальную плазменную систему с ледяными частицами, поведение которых открывает новые физические динамики. В эксперименте в охлаждённой плазме между электродами спонтанно формировались микроскопические ледяные зёрна.

Исследователи обнаружили, что частицы приобретают крайне «пушистую», фрактальную структуру — ветвящуюся и самоподобную на разных масштабах. Из-за этой структуры они обладают очень высоким отношением заряда к массе, что делает электрические силы для них гораздо важнее гравитации.

«Они настолько пушистые, что гравитационные силы, которые в других экспериментах заставляют твёрдые частицы оседать на дно, здесь уже не являются основным двигателем движения», — объясняет профессор прикладной физики Пол Беллан. Вместо этого заряженные ледяные зёрна рассеивались по плазме, совершая сложное, трудно предсказуемое движение: подпрыгивали, вращались и образовывали вихри.

Значение для науки и технологий

Это открытие может помочь объяснить поведение частиц в астрофизических средах, таких как кольца Сатурна или молекулярные облака в космосе. «Пушистые» зёрна с большой площадью поверхности могут выступать посредниками, передавая импульс от электрических полей к нейтральному газу вокруг, потенциально объясняя потоки газа и пыли в галактике.

Результаты также важны для промышленности, например, в производстве полупроводников, где спонтанно образующаяся в плазме пыль может портить микрочипы. Понимание фрактального роста и движения частиц позволит разработать лучшие методы контроля.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.