forskning är en oförutsägbar process. Ibland slutar du göra en riktigt cool upptäckt som du inte såg komma. Jag avslöjade nyligen en grundläggande egenskap hos lightsabers (det är rätt – de fantastiska vapnen från Star Wars) medan jag gjorde min vanliga plasmafysikforskning. Jag fann att även om det i teorin är möjligt att bygga en ljussabel, är det troligt att det skulle vara det farligaste vapnet som någonsin skapats – både för förövaren och offret.

med Star Wars: The Force Awakens släpps på DVD efter att ha brutit alla typer av skivor på kassakontoret, jag tänkte att det var en bra tid att dela nyheterna.

trots namnet har det etablerats i Star Wars kanon att dessa gamla vapen av Jedi i själva verket inte är lasersvärd utan blad av plasma. Plasma är ofta känt som det” fjärde tillståndet av materia ” utöver de fasta ämnen, vätskor och gaser som vi alla känner till här på jorden. Plasma är dock överlägset det vanligaste tillståndet för all synlig materia i universum (exklusive den mystiska ”mörka materien” eller ”mörk energi”) som omfattar cirka 99%.

det som gör plasma annorlunda än de andra tillstånden är att de består av elektriskt laddade partiklar – lösa elektroner (negativt laddade) och atomer som har förlorat elektroner (positivt laddade), trots att de inte har någon Total laddning. Varje rörlig elektrisk laddning, som de i en plasma, skapar magnetfält och kan också manipuleras med magnetiska eller elektriska fält – till skillnad från en neutral gas.

magnetfält är nyckeln till att innehålla plasman i ett blad, de kan motverka trycket från den heta plasman som försöker expandera till sin omgivning. Detta är exakt ett av de tillvägagångssätt som har utvecklats för att försöka utnyttja kärnfusionskraft, där atomkärnor (atomer som inte har några elektroner) kolliderar för att bilda en ny kärna medan de släpper ut enorma mängder energi.

Fusion kräver otroliga temperaturer så att den positivt laddade atomkärnan kan övervinna sin tendens att avvisa varandra. Vi skapar dessa heta plasma i donutformade fusionsreaktorer (”tokamaks”) som använder starka elektromagneter i reaktorväggarna för att hålla denna plasma i schack. Den största av dessa sådana experimentella reaktorer kommer att vara ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) konstruktion som kommer att avslutas 2019 och som syftar till att äntligen kunna producera mer energi via fusion än vad som läggs in för att skapa, upprätthålla och kontrollera själva plasman.

Mysterious glow

det finns två sätt att plasma kan avge ljus. Den första är genom att vara otroligt het. Solen är till exempel en boll av heta plasma vars värmekälla kommer från fusionen som äger rum i dess kärna. Alla heta föremål avger elektromagnetisk strålning med specifika våglängder. Deras upplevda färg beror enbart på deras temperatur, går från rött för lägre temperaturer och blått för högre temperaturer. Detta är sannolikt källan till en ljussabel glöd – om du vill ha en riktigt farlig ljussabel behöver du en blå.

det andra sättet plasma kan glöda är mycket lik hur en fluorescerande glödlampa fungerar. Genom att köra en elektrisk ström genom en plasma kan elektroner kollidera med de positivt laddade atomerna (dubbade joner), vilket ökar deras energi. Det liknar att plocka upp en boll från marken och sätta den på en av många hyllor – detta höjer bollens potentiella energi, varigenom hyllorna representerar jonernas energinivåer. Men naturen är i sig lat och kommer alltid att sträva efter att gå tillbaka till lägsta möjliga energiläge. Så småningom bollen kommer att rulla av hyllan faller tillbaka till marken. Jonerna gör detta genom att släppa sin överskottsenergi som ljus – vilket kan skapa ljussabel glöd. Detta ljus kommer att ha en specifik färg beroende på plasmans sammansättning.

medan lightsabers verkar genomförbara ur fysiksynpunkt, skulle effektkraven för en sådan enhet vara enorma, särskilt med tanke på att den måste finnas i det lilla lightsaber-fästet. Stora framsteg inom teknik skulle krävas för att göra ljussabel till verklighet. Men det finns ett ännu större problem som skulle uppstå om du någonsin skulle ha en ljussabel duell som i filmerna.

kraftfulla magnetiska effekter

magnetisk återanslutning är en grundläggande plasmafysikprocess som kan uppstå när plasma med olika magnetfält kolliderar. När magnetfälten i varje plasma kommer nära varandra förändras hela mönstret av magnetfältlinjer och allt omformas till en ny magnetisk konfiguration – frigör enorma mängder energi.

detta är vad som i huvudsak bränner aurora eller norrsken – energi från solvinden frigörs när dessa partiklar kolliderar med plasma inuti jordens magnetfält under en specifik uppsättning förhållanden.

det är från våra studier av de förhållanden under vilka återanslutning kan uppstå i rymden som jag kunde inse problemet med ljussabel strider. När två plasmablad kolliderar är det nästan omöjligt att undvika magnetisk återanslutning, med resultaten som en explosiv frisättning av plasman i båda sabrarna. Detta skulle innebära att, om du var i en ljussabel duell, både du och din motståndare skulle ha kroppsdelar förångas i en enda konflikt!

kanske skaparna av de kommande två Star Wars-filmerna borde göra en anteckning … då igen vem vet hur ”the Force” verkligen fungerar?