Le plasma est une phase de la matière distincte des solides, des liquides et des gaz. C’est la phase de matière la plus abondante dans l’univers ; les étoiles et la poussière interstellaire en sont constituées. Bien qu’il s’agisse de sa propre phase de matière, il est souvent appelé gaz ionisé. Ceci est similaire à un gaz normal, sauf que les électrons ont été retirés de leurs nucléons respectifs et flottent librement dans le matériau. Même si seulement 1% des atomes ont perdu leurs électrons, un gaz présentera un comportement semblable à celui d’un plasma.
Électriquement conducteur et pouvant être manipulé par des champs magnétiques, le plasma peut être trouvé dans une variété de contextes quotidiens, y compris les téléviseurs, les lampes fluorescentes, les enseignes au néon, les machines de gravure photolithographique, les flammes, la foudre, les aurores boréales, les bobines de Tesla, et plus encore.
Les plasmas varient considérablement. Certains paramètres utilisés pour leur classification sont le degré d’ionisation, la température, la densité du champ magnétique et la densité des particules. Par exemple, le gaz dans la flamme d’une bougie n’est que très légèrement ionisé, alors que l’air sur le trajet d’un éclair est fortement ionisé. Certaines formes sont à très basse température, comme le milieu intergalactique, tandis que d’autres sont à très haute température, comme le centre d’une étoile.
Contrairement aux gaz, qui sont composés d’atomes neutres, les plasmas chargés ont des constituants distincts qui se comportent d’eux-mêmes. Les électrons libres sont chargés négativement, tandis que les noyaux, dépourvus d’électrons, sont des ions chargés positivement. La plupart des plasmas contiennent encore des atomes entiers qui sont également électriquement neutres. Étant donné que chacun de ces composants peut se comporter différemment en réponse aux changements des conditions externes et internes, une variété de phénomènes ondulatoires complexes peuvent émerger.
Les phénomènes plasma peuvent être observés en toute sécurité à la maison grâce à l’utilisation d’une boule de plasma. Cet appareil fait passer un champ électrique à travers un gaz chargé contenu dans un globe de verre. Lorsqu’une personne touche le bord du globe, le gaz ionisé répond en envoyant des filaments visibles au doigt de la personne, démontrant la tendance d’une charge électrique à se « terrer ». Des motifs fractals complexes peuvent être observés à l’intérieur de la balle.
Parce que le plasma peut être contenu par des champs magnétiques, il peut être rendu très chaud sans diffuser la chaleur dans un milieu environnant. Ceux mesurant des millions de degrés Kelvin ont été produits dans des dispositifs spéciaux appelés réacteurs tokamak. Dans un avenir pas si lointain, les gens pourraient régulièrement utiliser des plasmas surchauffés pour initier des réactions de fusion nucléaire qui produisent de grandes quantités d’énergie.