البلازما الغبارية تفرز الكريات الدقيقة كما تفعل سلالم متحركة بارتفاعات مختلفة
في قناة حلقية بين حلقتين مسننتين، تعلق كريات دقيقة: بعضها نصف قطرها 8 ميكرومتر، والبعض الآخر 14. يُشغَّل التفريغ، وتبدأ الجسيمات في الحركة. الصغيرة تتجه في اتجاه، والكبيرة في الاتجاه المعاكس. وكأنما في مركز تجاري، حيث تعمل سلالم متحركة متقابلة لأشخاص بارتفاعات مختلفة.
البلازما الغبارية بسيطة التركيب: في غاز مخلخل، يُشعل تفريغ كهربائي، وتُعلَّق فيه حبيبات مجهرية. تكتسب الحبيبات شحنة، وتتنافر فيما بينها، وتترتب في طبقات منتظمة. فوق القطب السفلي، تحجزها طبقة من البلازما حيث يكون المجال الكهربائي في أقوى حالاته. يعتمد ارتفاع التعليق على حجم الجسيم: الحبيبة الخفيفة تطفو أعلى، والثقيلة تستقر في الأسفل.
القناة التي تتحرك فيها الجسيمات لها شكل مسنن. تُحدث الأسنان تضاريس كهربائية غير منتظمة، تشبه لوح الغسيل. إذا كان الجسيم معلقًا عاليًا، فإنه يتحسس ميلانًا في اتجاه فينزلق هناك. وإذا كان منخفضًا، يكون الميلان معاكسًا، فيتحرك الجسيم في الاتجاه المعاكس. تسمى هذه الآلية بالسقاطة: فهي تحول الاهتزازات العشوائية إلى حركة موجهة.
بالتحكم في قدرة التفريغ وضغط الغاز، غيّر الباحثون ارتفاع تعليق الجسيمات. عند قدرة 25 واط وضغط 25 باسكال، تحركت الجسيمات الصغيرة في اتجاه، والكبيرة في الاتجاه الآخر. عند 30 واط، سارت المجموعتان في نفس الاتجاه، لكن الصغيرة كانت أسرع بثلاث مرات: سرعتها الزاوية بلغت 0,038 راديان في الثانية، بينما كانت الكبيرة 0,013. عند 12 واط، سارت المجموعتان في الاتجاه المعاكس، ومرة أخرى بسرعات مختلفة.
في السابق، لم يكن في البلازما الغبارية إلا تسيير تدفق جسيمات متطابقة. الآن أصبح واضحًا أنه يمكن جعل الجسيمات ذات الأحجام المختلفة تتحرك بشكل مستقل، وكأن لكل حجم سلمًا متحركًا خاصًا به. يفتح هذا الطريق أمام أجهزة فرز بلازمية تعمل أسرع من نظيراتها السائلة: ففي السائل، تلتصق الجسيمات الدقيقة بسبب الاحتكاك القوي، بينما في البلازما تنزلق بحرية تقريبًا.
لقد تم اختبار الطريقة بالفعل في بلازما الهواء، والتصميم المستقيم بمخرجين جاهز للفرز المستمر. بقي أن نفهم كيفية تجنب تأثير الأثر الأيوني عندما يكون الفرق في أحجام الجسيمات صغيرًا. لكن الخطوة الأولى قد تحققت: لقد شُغِّلت السلالم المتحركة لحبيبات بارتفاعات مختلفة.
وصلت سرعة تدفق الجسيمات الغبارية في هذه التجربة إلى 1 سم/ثانية، وهو ما يعادل سرعة الحلزون.
فكرة فصل الجسيمات باستخدام جهد غير متماثل تذكرنا بشيطان ماكسويل الذي يفرز الجزيئات حسب السرعات، لكن هنا كل شيء يعمل دون انتهاك القانون الثاني للديناميكا الحرارية.