Rekombinace iontů s elektrony v ultrachladném plazmatu
| Název práce v češtině: | Rekombinace iontů s elektrony v ultrachladném plazmatu |
|---|---|
| Název v anglickém jazyce: | Ion-Electron Recombination in Ultracold Plasma |
| Klíčová slova: | rekombinace|ultrachladné plasma|kvantová mechanika |
| Klíčová slova anglicky: | recombination|ultracold plasma|quantum mechanics |
| Akademický rok vypsání: | 2021/2022 |
| Typ práce: | disertační práce |
| Jazyk práce: | čeština |
| Ústav: | Katedra fyziky povrchů a plazmatu (32-KFPP) |
| Vedoucí / školitel: | Mgr. Michal Hejduk, Ph.D. |
| Řešitel: | skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd. |
| Datum přihlášení: | 08.02.2022 |
| Datum zadání: | 08.02.2022 |
| Datum potvrzení stud. oddělením: | 16.02.2022 |
| Konzultanti: | doc. RNDr. Štěpán Roučka, Ph.D. |
| Zásady pro vypracování |
| 1. Prostudování odborné literatury.
2. Zhotovení fyzikálního modelu popisující dynamiku elektronů mezi laserem chlazenými ionty. 3. Zhotovení počítačového modelu pro nalezení experimentálních podmínek pro realizaci fenoménů objevených během práce na bodu 2. 4. Podílení se na konstrukci aparatury zkoumající fyzikální jevy z bodu 2. |
| Seznam odborné literatury |
| 1 Dohnal, P., …, Hejduk, M. et al. Collisional-radiative recombination of Ar+ ions with electrons in ambient helium at temperatures from 50 K to 100 K. Phys. Rev. A 87, 052716 (2013).
2 Bergeson, S. D. et al. Exploring the crossover between high-energy-density plasma and ultracold neutral plasma physics. Phys. Plasmas 26, 100501 (2019). 3 Lesanovsky, I., Müller, M. & Zoller, P. Trap-assisted creation of giant molecules and Rydberg-mediated coherent charge transfer in a Penning trap. Phys. Rev. A 79, 010701 (2009). 6 Other scientific papers recommended by the supervisor. |
| Předběžná náplň práce |
| Silně vázané plasma se na rozdíl od toho tradičního vyznačuje převahou dalekodosahových sil nad tepelnými fluktuacemi, co se jeho dynamiky týče. Lze jej nalézt v jádrech bílých trpaslíků nebo na površích neutronových hvězd. Tam přežívá díky tomu, že elektrony jsou delokalizovány přes mnoho iontů, stejně jako v modelu elektronového plynu u elektrických vodičů. To znamená, že rekombinace elektronů s ionty je silně potlačená.
Volné elektrony jsou jedním z kandidátů na využití v kvantových technologiích, protože nemají žádnou vnitřní strukturu a jsou lehké. Dosud však neexistuje možnost, jak je udržet při dostatečně nízkých teplotách, aby v záchytné oblasti necestovaly ode zdi ke zdi. Chlazení v důsledku neelastických srážek s laserem chlazenými ionty je jedním z řešení. Student se v rámci práce bude podílet na konstrukci zařízení, které by tuto metodu chlazení realizovalo. Za tímto účelem zhotoví teoretický a počítačový model popisující vliv dalekodosahových sil na chování klasické směsi elektronů a ultrachladných iontů a najde podmínky pro přechod tohoto systému do kvantového režimu. Následně navrhne technické řešení, který umožní tento přechod realizovat. |
| Předběžná náplň práce v anglickém jazyce |
| How a strongly coupled plasma behaves dynamically as a whole is governed primarily by long-range interactions, not thermal fluctuations like in the classical plasma. The strongly coupled plasma can be found in cores of white dwarf stars and surfaces of neutron stars where it gains the stability from the effect that electron-ion recombination processes are suppressed due to delocalisation of the electrons over many ions.
Free electrons are one of the candidates for applications in quantum technologies because they have no inner structure, and they are light. However, it is technically challenging to make them “stand still” in the confinement region because there is no efficient method for cooling them. A method of sympathetic cooling in inelastic collisions with laser-cooled ions could be a solution. The prospective student will contribute to realisation of a device that would demonstrate such a cooling method. He/she will construct a theoretical model and write a simulation code that will elucidate the influence of long-range interactions to the mixture of the electrons and laser-cooled ions, so that physical conditions when the mixture shifts from a classical to a quantum mechanical regime are found. He/she will find technical solutions to realise such a transition. |