Il plasma è una fase della materia distinta da solidi, liquidi e gas. È la fase più abbondante della materia nell’universo; sia le stelle che la polvere interstellare sono costituite da esso. Sebbene sia la sua fase della materia, è spesso indicato come un gas ionizzato. Questo è simile a un gas normale, tranne per il fatto che gli elettroni sono stati strappati dai rispettivi nucleoni e fluttuano liberamente all’interno del materiale. Anche se solo l’1% degli atomi ha perso i propri elettroni, un gas mostrerà un comportamento simile al plasma.
Elettricamente conduttivo e in grado di essere manipolato da campi magnetici, il plasma può essere trovato in una varietà di contesti quotidiani, tra cui televisori, lampade fluorescenti, insegne al neon, macchine fotolitografiche, fiamme, fulmini, aurora boreale, bobine di tesla e altro ancora.
I plasmi variano ampiamente. Alcuni parametri utilizzati per la loro classificazione sono il grado di ionizzazione, la temperatura, la densità del campo magnetico e la densità delle particelle. Ad esempio, il gas nella fiamma di una candela è solo leggermente ionizzato, mentre l’aria nel percorso di un fulmine è altamente ionizzata. Alcune forme sono a temperatura molto bassa, come il mezzo intergalattico, mentre altre sono a temperatura molto alta, come il centro di una stella.
A differenza dei gas, che sono composti da atomi neutri, i plasmi carichi hanno costituenti distinti che si comportano da soli. Gli elettroni liberi sono caricati negativamente, mentre i nuclei, privi di elettroni, sono ioni caricati positivamente. La maggior parte dei plasmi contiene ancora atomi interi che sono anche elettricamente neutri. Poiché ciascuno di questi componenti può comportarsi in modo diverso in risposta ai cambiamenti nelle condizioni esterne e interne, può emergere una varietà di complessi fenomeni ondulatori.
I fenomeni al plasma possono essere osservati in sicurezza in casa con l’uso di una palla al plasma. Questo dispositivo gestisce un campo elettrico attraverso un gas carico contenuto all’interno di un globo di vetro. Quando una persona tocca il bordo del globo, il gas ionizzato risponde inviando filamenti visibili al dito della persona, dimostrando la tendenza di una carica elettrica a “mettersi a terra”. All’interno della palla si possono vedere modelli complessi e frattali.
Poiché il plasma può essere contenuto da campi magnetici, può essere reso molto caldo senza diffondere il calore in un mezzo circostante. Quelli che misurano milioni di gradi Kelvin sono stati prodotti in dispositivi speciali chiamati reattori tokamak. In un futuro non troppo lontano, le persone potrebbero usare regolarmente plasmi surriscaldati per avviare reazioni di fusione nucleare che producono grandi quantità di energia.