最先端の物理学
プラズマ物理学
プラズマの集団振動を調べます。プラズマ周波数 とデバイ長 を確認し、密度と変位振幅を変えたときのイオン・電子の振動を観察します。
器具
- イオンと電子を含む仮想プラズマ板
- 密度 nₑ と変位振幅のスライダー
- ω_pe・λ_D の関係の読み取り
手順
プラズマ振動を励起
図1「集団振動」で、電子層がイオン背景からずれて引き戻され、ラングミュア振動を起こすのを見ます。「変位振幅」を変えると振動は大きくなりますが周波数はほぼ一定 —— は媒質の性質で振幅に依存しません（非線形補正は無視）。
ω_pe ∝ √nₑ の確認
「相対密度 nₑ」を4倍にして読み取り欄を見ます。特性周波数はちょうど2倍 —— を確認。同時にデバイ長は縮みます： —— 密度が高いプラズマほど電場をよく遮蔽します。
実プラズマとの結び付き
図2で傾向を実値と照合します。地球の電離圏（ m⁻³、ω_pe 数MHz —— AMラジオが反射する理由）、トカマク（ m⁻³、ω_pe は100 GHz級）、恒星中心部。プラズマ周波数は「下限」を置きます： の電磁波はプラズマ中を伝播できません。
シミュレーション
実験の歴史
「プラズマ」の用語は1928年、アーヴィング・ラングミュアが放電管内の電離気体を研究した際に造られました。彼とルーイ・トンクスは の振動（ラングミュア振動）も発見しました。ピーター・デバイとエリッヒ・ヒュッケル（1923年）は電解質の遮蔽長を導入済みで、その概念はプラズマへ移されました。外部電荷は数 以内に中和されます。
ハンネス・アルヴェーンは1940年代に磁気流体力学（MHD）を創始し、磁力線に沿って伝わるアルヴェーン波を予言しました（1970年ノーベル賞）。レフ・ランダウ（1946年）は無衝突のランダウ減衰を発見し、後に実験確認されました。プラズマ物理学は今日、核融合研究・太陽系物理学・ビーム物理学の基盤です。