Một thế giới vi tinh thể mới trên trạm vũ trụ
Plasma như thường hiểu là dạng vật chất thứ tư (sau chất rắn, chất lỏng và chất khí), gồm những đám mây hạt mang điện, các hạt này nói chung là các ion hay electron riêng lẻ. Trong thí nghiệm “PKE-Nefedov” trên ISS, plasma bụi được tạo ra bằng cách tước khỏi các nguyên tử agon tất cả các electron của nó, để lại các hạt nhân dương bập bênh trên một biển các electron chảy rối. Sau đó phun vào hỗn hợp này những quả cầu nhỏ bằng chất dẻo đường kính 7 micrômet. Các quả cầu này thu lấy electron, trở thành mang điện âm, và có thể được theo dõi bằng camera video trong các thí nghiệm.
Trong khi plasma thông thường là những đám mây hạt chuyển động hỗn loạn thì plasma bụi, thật đáng ngạc nhiên, lại sắp xếp thành những cấu trúc giống như các tinh thể. “Tinh thể plasma” đầu tiên đã được tạo ra vào năm 1994, mở đầu một thời kỳ nghiên cứu bùng nổ. Mặc dầu độ đặc của nó có phần nào giống một chất lỏng nhớt, nhưng cấu trúc bên trong của nó lại gần như những mạng nguyên tử của các chất rắn thông thường. Tính chất này của plasma bụi gợi ra khả năng kiểm nghiệm các tính chất của chất rắn với độ chính xác trước đây chưa đạt được, bằng cách thí dụ như theo dõi các hạt chất dẻo khi tinh thể plasma “nóng chảy”, hoặc khi cho sóng âm thanh đi qua nó.
Hiện đang có hàng trăm nhóm trên Trái đất nghiên cứu về tinh thể plasma. Họ có khó khăn lớn là chỉ có thể nghiên cứu những mẫu chất hai chiều. Đối với trường hợp ba chiều, trọng lực sẽ kéo những hạt nặng hơn ra khỏi hỗn hợp, làm cấu trúc bị biến dạng. Để khắc phục tình trạng này, từ tháng 1-2001, người ta đã bắt đầu sử dụng điều kiện vi trọng lực trên ISS để nghiên cứu về tinh thể plasma. Một dự án đã được tiến hành với sự chỉ đạo của Gregor Morfill ở Viện Max Plank về Vật lý ngoài Trái đất (Đức) với sự tham gia của các nhà du hành vũ trụ. Báo cáo đầu tiên cho biết các nhà du hành vũ trụ đã thành công chế tạo được các cấu trúc ba chiều giống như nhiều cấu trúc thường thấy ở các chất rắn, thí dụ như cấu trúc lập phương diện tâm bó chặt ở bạc và vàng, cấu trúc lục giác bó chặt ở magie (New Journal of Physicss, Tập 5, tr. 33). Đặc biệt, họ đã nhìn thấy cấu trúc lập phương thể tâm chưa hề tạo ra được trong điều kiện Trái đất. Các nhà du hành vũ trụ rất say mê tiến hành dự án đến mức quyết định làm thêm một số thí nghiệm vào giờ ngủ dành cho họ. Hiện nay chương trình đã hoàn thành, có lẽ sẽ có tất cả chừng 30 công trình nghiên cứu. Do thành công của dự án, các cơ quan vũ trụ của châu Âu và Đức đã có ý định xây dựng một phòng thí nghiệm vật lý plasma trên ISS vào năm 2008.
Nguồn: Vật lý ngày nay, số 6, 12/2003, tr 32
