Plasma er en stoftilstand, der ofte opfattes som en delmængde af gasser, men de to tilstande opfører sig meget forskelligt. Ligesom gasser har plasmaer ingen fast form eller volumen, og de er mindre tætte end faste stoffer eller væsker. Men i modsætning til almindelige gasser består plasmaer af atomer, hvor nogle eller alle elektronerne er blevet fjernet, og hvor positivt ladede kerner, kaldet ioner, er frit bevægelige.

“En gas er lavet af neutrale molekyler og atomer”, siger Xuedong Hu, professor i fysik ved University at Buffalo. Det vil sige, at antallet af negativt ladede elektroner er lig med antallet af positivt ladede protoner.

“Plasma er en ladet gas med stærke Coulomb-interaktioner,” sagde Hu til Live Science. Atomer eller molekyler kan få en positiv eller negativ elektrisk ladning, når de får eller mister elektroner. Denne proces kaldes ionisering. Plasma udgør solen og stjernerne, og det er den mest almindelige stoftilstand i universet som helhed.

(Blodplasma er i øvrigt noget helt andet. Det er den flydende del af blodet. Den består af 92 procent vand og udgør 55 procent af blodets volumen ifølge det amerikanske Røde Kors.)

Ladede partikler

En typisk gas, som f.eks. nitrogen eller svovlbrinte, består af molekyler, der har en nettoladning på nul, hvilket giver gasvolumenet som helhed en nettoladning på nul. Plasmaer, der består af ladede partikler, kan have en nettoladning på nul i hele deres volumen, men ikke på niveauet af de enkelte partikler. Det betyder, at de elektrostatiske kræfter mellem partiklerne i plasmaet bliver betydningsfulde, og det samme gælder virkningen af magnetfelter.

Da plasmaer består af ladede partikler, kan de gøre ting, som gasser ikke kan, f.eks. lede elektricitet. Og da bevægelige ladninger skaber magnetfelter, kan plasmaer også have dem.

I en almindelig gas vil alle partikler opføre sig nogenlunde ens. Så hvis du har gas i en beholder og lader den køle ned til stuetemperatur, vil alle molekylerne indeni i gennemsnit bevæge sig med samme hastighed, og hvis du skulle måle hastigheden på masser af individuelle partikler, ville du få en fordelingskurve med mange af dem, der bevæger sig tæt på gennemsnittet, og kun nogle få enten særligt langsomt eller hurtigt. Det skyldes, at i en gas støder molekylerne som billardkugler mod hinanden og overfører energi mellem dem.

Det sker ikke i et plasma, og slet ikke i et elektrisk eller magnetisk felt. Et magnetfelt kan f.eks. skabe en population af meget hurtige partikler. De fleste plasmaer er ikke tætte nok til, at partiklerne kan kollidere med hinanden særlig ofte, så de magnetiske og elektrostatiske vekselvirkninger bliver vigtigere.

Som vi taler om elektrostatiske vekselvirkninger, fordi partiklerne i et plasma – elektronerne og ionerne – kan vekselvirke via elektricitet og magnetisme, kan de gøre det på langt større afstande end i en almindelig gas. Det betyder igen, at bølger får større betydning, når man diskuterer, hvad der foregår i et plasma. En af disse bølger kaldes en Alfvén-bølge, opkaldt efter den svenske fysiker og nobelprismodtager Hannes Alfvén. En Alfvén-bølge opstår, når magnetfeltet i et plasma forstyrres, hvilket skaber en bølge, der bevæger sig langs feltlinjerne. Der er ingen reel analogi til dette i almindelige gasser. Det er muligt, at Alfvén-bølger er årsagen til, at temperaturen i solkoronaen – som også er et plasma – er millioner af grader, mens den på overfladen kun er tusindvis af grader.

Et andet kendetegn ved plasmaer er, at de kan holdes på plads af magnetfelter. Det meste forskning i fusionskraft er fokuseret på at gøre netop dette. For at skabe betingelserne for fusion har man brug for meget varmt plasma – på millioner af grader. Da intet materiale kan holde det inde, har forskere og ingeniører vendt sig til magnetfelter for at klare opgaven.

Plasmaer i aktion

Et sted, hvor man kan se plasmaer i aktion, er i en fluorescerende pære eller et neonskilt. I disse tilfælde udsættes en gas (neon til skilte) for en høj spænding, og elektronerne bliver enten adskilt fra atomerne i gassen eller skubbet op på højere energiniveauer. Gassen inde i pæren bliver til et ledende plasma. De exciterede elektroner, der falder tilbage til deres tidligere energiniveauer, udsender fotoner – det lys, som vi ser i et neonskilt eller en lysstofrørslampe.

Plasma-tv’er fungerer på samme måde. En gas – normalt argon, neon eller xenon – sprøjtes ind i et forseglet hulrum mellem to glasplader. En elektrisk strøm ledes gennem gassen, hvilket får den til at gløde. Plasmaet exciterer røde, grønne og blå fosforer, som kombineres for at afgive specifikke farver, ifølge eBay.

En anden anvendelse af plasma er i plasmakugler, som er fyldt med ædelgasblandinger, der producerer farverne fra “lynet” i dem, når en elektrisk strøm ioniserer gassen.

Et andet eksempel på plasma er i de polarlys, der omgiver polerne, når solen er særlig aktiv. Solvinden er en strøm af ladede partikler (for det meste protoner), som rammer Jordens magnetfelt. Disse partikler, der er ladede, følger de magnetiske feltlinjer og bevæger sig mod polerne, hvor de kolliderer med og exciterer atomer i luften, for det meste ilt og kvælstof. Som et neonskilt afgiver de ophidsede ilt- og kvælstofatomer lys.

Følg LiveScience på Twitter @livescience. Vi er også på Facebook & Google+.