En rumlegeplads til materiens fjerde tilstand

En opskrift til at forstå atomstrukturer:

• Bland elektrisk ladet gas i en forseglet beholder med partikler så små, at de ville passere gennem et kaffefilter.
• Udfør i det vægtløse miljø på den internationale rumstation.
• Juster spændingen for at observere, hvordan partiklerne danner tredimensionelle krystalstrukturer.
• Start med at låse op for fysikken bag atomernes adfærd.

Dette er en del af formlen for Plasma Kristall, den længst kørende række eksperimenter i menneskets rumfartshistorie og resultaterne af den seneste kampagne vender tilbage til Jorden i næste uge i Soyuz-rumfartøjet med ESA-astronauten Alexander Gerst.

Opskriften stammer fra et europæisk-russisk samarbejde, der har været slow-cooking siden 1998. Efter at have kørt på paraboliske flyvninger, raketter, der lyder og rumstationen Mir, eksperimentet fandt et nyt hjem på den internationale rumstation i 2001.

Vores verden består af atomer og molekyler, men selv med det mest kraftfulde mikroskop kan vi ikke se dem bevæge sig i væsker eller faste stoffer. Kørsel af eksperimenter i vægtløshed gør det muligt for forskere at få ny indsigt i atomernes interaktion ved at bruge små plastikpartikler, der opfører sig som atomer.

"Det er ikke muligt at foretage denne forskning på Jorden - Plasma Kristall modellerer atomiske interaktioner i større skala, gør deres bevægelse synlig for os, "forklarer Hubertus Thomas, hovedforsker for dette eksperiment ved det tyske luftfartscenter, DLR.

Hubertus har fulgt plasmaforskning i mikrogravity eksperimentet, da den første besætning ankom til rumstationen og tændte den. For nylig, et problem med ventilen, der regulerer gasstrømmen, tvang en 18 måneders pause. Med en nyrenoveret ventil, Plasma Kristall-4 (eller PK-4) genoptog driften i sidste måned.

Proxyatomer tilbage til videnskaben

Et plasma er en elektrisk ladet gas, lidt som lyn, der sjældent forekommer på Jorden. Det anses for at være den fjerde tilstand, adskilt fra gas, væsker og faste stoffer.

"Vi ophidser partiklerne ved hjælp af elektriske felter, en laser og ændringer i temperaturen for at flytte dem i plasmaet, «siger Hubertus.

Disse manipulationer får proxy -atomerne til at interagere stærkt, fører til organiserede strukturer - plasmakrystaller. Partiklerne i PK-4 er lavet af plastik og binder til hinanden eller frastøder hinanden, ligesom atomer gør på Jorden i en væske.

"Ved at justere spændingen over eksperimentkammeret kan vi skræddersy deres interaktioner, og observer hver mikropartikel individuelt og som i slowmotion, "forklarer Hubertus. Ved hjælp af PK-4, forskere over hele verden kan følge, hvordan et objekt smelter, hvordan bølger spredes i væsker, og hvordan strømme ændrer sig på atomniveau.

Det seneste videnskabelige løb dækkede faseovergange, mikroskopiske bevægelser og forskydningskræfter. Skærekræfter er et meget varmt emne i grundlæggende fysik. Disse kræfter skubber en del af et legeme i en bestemt retning, og en anden del i den modsatte retning, som f.eks. lufttrykket langs forsiden af ​​en flyvinge.

Plasmaens fremtid

Denne forskning er hovedsageligt viden om lærebøger til fremtidige forskere og ingeniører. "Hvis du havde spurgt Einstein, hvad hans relativitetsteori var til, han ville aldrig have svaret, at det var at bygge et navigationssystem til din mobiltelefon, "påpeger Hubertus.

Et team af forskere har allerede gjort brug af den viden, der er opnået ved den teknologiske udvikling af dette rumforsøg, til at designe plasmaanordninger til desinfektion af sår ved stuetemperatur. Denne revolution inden for sundhedsvæsenet har mange praktiske anvendelser, fra fødevarehygiejne til behandling af forskellige slags hudsygdomme, rensning af vand og lugtbehandling.