Cientistas transformam metal líquido em plasma pela primeira vez

Praticamente todo mundo aprende no ensino fundamental que existem três estados da matéria: sólido, líquido e gasoso. Porém, a verdade é que há mais de três. O quarto estado físico da matéria, por exemplo, é o plasma e, apesar de não ser comum no nosso dia a dia, ele compõe grande parte do universo. Agora, alguns pesquisadores conseguiram, pela primeira vez, transformar metal líquido em plasma.

O que é o plasma?

O plasma é formado quando se aquece uma substância no estado gasoso até a temperatura atingir um valor tão elevado que a agitação térmica molecular supera a energia de ligação que mantém os elétrons em órbita do núcleo do átomo, fazendo com que eles se soltem. Com isso, a substância vira uma massa com elétrons e íons em movimento.

Os plasmas são a maior parte da matéria do universo observável. Aqui na Terra, é possível produzir plasma aquecendo um gás a uma temperatura altíssima. Em menor escala, ele também pode ser visto em TVs de plasma e em placas de neon. A eletricidade excita os átomos do neon e faz com que tal gás entre no estado de plasma e emita fótons de luz.

Entenda o experimento que transformou metal líquido em plasma

No entanto, aquecer um gás não é a única forma de gerar plasma. Alguns pesquisadores do University of Rochester’s Laboratory for Laser Energetics (LLE) criaram um plasma denso a partir de deutério líquido de alta densidade. Primeiro, foi preciso abaixar a temperatura do deutério para 21 Kelvin (-252,15 graus Celsius) e, em seguida, aumentar rapidamente a temperatura da substância para quase 100.255,375 Kelvin (aproximadamente 100 mil graus Celsius).

Para isso, foi preciso usar lasers OMEGA da LLE para dar início a uma grande onda de choque no líquido de deutério super-resfriado. Essa onda comprimia o líquido para uma pressão até 5 milhões de vezes maior que a pressão atmosférica.

Metais líquidos em altas densidades exibem propriedades quânticas. No entanto, se passarem para o estado de plasma em altas densidades, exibirão propriedades clássicas. Isso parte do pressuposto por Enrico Fermi e Paul Dirac, dois dos fundadores da mecânica quântica, que, em certas condições (densidades extremamente altas ou temperaturas extremamente baixas), elétrons e prótons devem assumir certas propriedades quânticas que não são descritas pela física clássica. Porém, um plasma não segue esse paradigma.

Inicialmente, o metal líquido no qual o deutério se transformou exibia as propriedades quânticas esperadas. Porém, a cerca de 50.255 Kelvin (aproximadamente 50.000 graus Celsius), o comportamento clássico foi observado, e não o quântico. Isso significa que ele se tornou plasma.

Compreender os fundamentos de líquidos e plasmas permite desenvolver novos modelos para descrever como os materiais em altas densidades conduzem eletricidade e calor. Isso possibilita entender melhor as estrelas e os planetas e pode auxiliar na realização de fusão nuclear controlada (que pode ser uma fonte alternativa de energia promissora).

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Fontes: Rochester University; Science Daily; Interesting Engineering.