Prstenec plazmatu. Kredit: Mory Gharib/Caltech.

Je to jako novodobá magie. Inženýři z Caltechu vytvořili stabilní prstenec plazmatu v otevřeném prostoru. Jako kdyby polapili světlo v láhvi, jenom bez té lahve.

Hmota za víceméně běžných podmínek existuje ve čtyřech základních stavech. Je to v podobě pevné látky, kapaliny, plynu a plazmatu. Plazma je přitom tvořeno elektricky nabitými částicemi, jako jsou ionty a elektrony. V přírodě se plazma objevuje třeba během bouřek, kdy se projevuje v podobě Ohně svatého Eliáše, modrého světélkování vyvýšených objektů, na nichž dochází k vybití statické elektřiny. S plazmatem se můžeme setkat i v některých lidských zařízeních, jako jsou například zářivky nebo plazmové hořáky.

Plazma obvykle nemá žádný svůj typický tvar. Jeho podoba odpovídá prostředí, ať už podle rozložení vzduchu během bouřky anebo podle tvaru zářivky či tvaru elektromagnetických polí. Morteza (Mory) Gharib z Caltechu a jeho tým byli vlastně sami překvapeni, když se jim povedlo vytvořit stabilní prstenec plazmatu ve volném prostoru. Postačila jim k tomu destička a proud vody. Výsledky jejich výzkumu publikoval prestižní časopis PNAS.

Mory Gharib. Kredit: Caltech.

Podle některých kolegů Ghariba a spol. bylo něco takového nemožné. Přesto to Gharibův tým zvládl a vytvořil stabilní prstenec plazmatu, který mohou udržet tak dlouho, jak chtějí. A nepotřebují k tomu žádné vakuum, magnetické pole nebo něco podobného.

Oheň svatého Eliáše na lodi. Kredit: Dr. G. Hartwig, London, 1886 / Wikimedia Commons.

K vytvoření prstence použili proud vody o průměru 85 mikronů, který tryská pod velkým tlakem ze speciálně navržené trysky. Tento proud zasahuje destičku rychlostí asi 305 metrů za sekundu. Pro srovnání, jde o proud vody tenčí než lidský vlas, který se žene rychlostí kulky vystřelené z pistole.

Gharib a jeho spolupracovníci experimentovali s destičkami vytvořenými z křemene, a také z niobátu lithia. Každá z těchto destiček může vyvolat tzv. triboelektrický jev, tedy vytvořit elektřinu třením materiálu.

Schéma tvorby prstence v experimentu Gharibova týmu. Kredit: Mory Gharib/Caltech.

Když proud vody zasáhne destičku, tak voda vytvoří hladkou vrstvu, v níž proudí kladně nabité ionty po negativně nabitém povrchu. Tam, kde prudký proud vody zasahuje destičku, triboelektrický jev vytváří intenzivní proud elektronů skrz vrstvu vody. Tento proud elektron ionizuje atomy a molekuly v okolním vzduchu a výsledkem je pak prstenec světélkujícího plazmatu. Prstenec má průměr desítky mikronů a je viditelný pod mikroskopem. Je jako pěkně vytvarovaný a umělý Eliášův oheň.

Inženýři mohli takto vzniklý prstenec plazmatu udržet tak dlouho, dokud tryskal proud vody. Stále si udržoval svůj tvar a velikost. Gharib s kolegy si rovněž všimli, že vytvořené plazma ruší chytré telefony a další zařízení. Nová technologie sice asi nepovede k okamžitým aplikacím, je to ale skvělý nápad, který teď bude možné dál využít. Gharibův tým si již ostatně tuto technologii patentoval. 

Video:  Stable Plasma Torus / Caltech

Literatura
Caltech 13. 11. 2017.