¿Puede existir el plasma a baja temperatura?

Question

Plasma es un gas ionizado que, por lo que sé, sólo se produce a altas temperaturas. Cuando el plasma se enfría tiende a recombinarse con los electrones presentes y volver a convertirse en gas. Pero, ¿qué pasaría si se eliminaran los electrones disociados en el plasma y se dejara enfriar el plasma en el vacío, mientras se mantiene por un fuerte campo magnético? ¿Seguiría esta sustancia siendo plasma? ¿Es esto posible?

Answer 1

Por definición, un plasma es neutral.

El plasma se describe vagamente como un medio eléctricamente neutro de partículas positivas y negativas (es decir, la carga global de un plasma es aproximadamente cero).

Existe una cosa que se llama plasma no neutro . Se pueden construir almacenando partículas cargadas en un Trampa de plumas . Estos no muestran el tipo de propiedades que se esperan de los plasmas neutros. Por ejemplo, en los plasmas neutros existe un efecto de "apantallamiento" en el que, debido a que los portadores de carga son bastante móviles, cualquier concentración de carga es rodeada inmediatamente por la carga opuesta, limitando el radio en el que se siente su influencia.

Obsérvese que la fuerza eléctrica es increíblemente fuerte. Dependiendo de cómo se mida, es entre alrededor de $10^{39}$ y $10^{42}$ veces como la gravedad. Así que incluso una pequeña cantidad de plasma completamente cargado sería muy difícil de contener.

Answer 2

Si la densidad es extremadamente pequeño la tasa de recombinación de electrones libres con átomos ionizados (o sólo protones) puede equilibrar exactamente la tasa de ionización térmica incluso a temperaturas razonablemente bajas. Depende de lo que se llame "frío", y también de la fracción de átomos neutros (¿un pequeño porcentaje, o sólo una parte entre un millón?) que se acepte y se siga llamando plasma. Pero sí, en principio, un plasma puede ser frío si está extremadamente diluido. Elija una temperatura, una fracción dada de hidrógeno atómico, y siempre habrá una densidad lo suficientemente baja como para que se alcance el equilibrio del plasma a la temperatura que haya elegido y con la fracción de hidrógeno atómico que haya elegido. Con un electrón y un protón por parsec cúbico, ¡supongo que sólo se puede obtener un 0,01% de hidrógeno atómico para temperaturas bastante bajas!

Answer 3

También hay plasma en el espacio exterior, principalmente núcleos de hidrógeno y helio, con un rango muy grande de temperaturas. Gran parte de él es muy caliente, pero también es muy frío.

Véase, por ejemplo http://en.wikipedia.org/wiki/Interstellar_medium

Mientras tanto, en la Tierra, se han realizado experimentos con partículas atrapadas, algunas de las cuales están ionizadas. Sería un poco engañoso llamar a esto un plasma, ya que están siendo separadas (como dijiste en tu comentario) por un campo e-m, pero también pueden a veces interactuar fuertemente entre sí.