Plazma, maddenin katı, sıvı ve gaz halinden sonra gelen dördüncü halidir. Evrendeki gözlemlenebilir maddenin %99'undan fazlası plazma halindedir. Yıldızlar, nebulalar ve şimşekler plazmaya örnektir. Plazmayı diğer madde hallerinden ayıran belli başlı özellikler vardır.
Plazmanın en temel özelliği, yüksek sıcaklık veya güçlü bir elektromanyetik alan etkisiyle atomların elektronlarını kaybederek iyonlaşmış olmasıdır. Bu süreç sonunda:
ortaya çıkar. Bu nedenle plazma, elektriği ve ısıyı gazlara kıyasla çok daha iyi iletir.
Bir plazma içindeki pozitif ve negatif yüklerin sayısı birbirine çok yakındır. Bu, plazmanın toplamda nötr olduğu anlamına gelir. Yani, birim hacimdeki pozitif yük miktarı ile negatif yük miktarı hemen hemen eşittir. Bu özelliğe kuasinötrallik denir.
Gaz molekülleri birbirinden bağımsız hareket ederken, plazmadaki yüklü parçacıklar (iyonlar ve elektronlar) uzun menzilli elektromanyetik kuvvetler aracılığıyla birbirlerini sürekli etkiler. Bu nedenle plazma, bireysel olmaktan ziyade kolektif bir davranış sergiler. Küçük bir bozulma veya elektrik alanı, tüm plazmayı dalgalar veya salınımlar şeklinde etkileyebilir.
Plazma içinde bir denge bozulduğunda (örneğin elektronlar bir bölgeden itilip çekildiğinde), yüklü parçacıklar denge konumları etrafında titreşim yapmaya başlar. Bu titreşimlere plazma salınımları denir. Bu salınımların frekansı (\( \omega_p \)), plazmanın elektron yoğunluğuna (\( n_e \)) bağlıdır ve aşağıdaki formülle ifade edilir:
\( \omega_p = \sqrt{\frac{n_e e^2}{\epsilon_0 m_e}} \)
Burada \( e \) elektron yükü, \( \epsilon_0 \) boşluğun dielektrik sabiti ve \( m_e \) elektron kütlesidir.
Plazma, içindeki serbest yük taşıyıcıları sayesinde hem elektrik akımı oluşturabilir hem de dış manyetik alanlardan güçlü bir şekilde etkilenebilir. Bu özellik, manyetik alan çizgileri etrafında "sarmallar" oluşturmasına olanak tanır. Bu etkileşim, füzyon reaktörlerinde plazmanın hapsedilmesi ve kontrol edilmesi için kullanılır.
Plazma içindeki elektronlar ve iyonlar hızlı hareket eder ve çarpışır. Bu çarpışmalar sırasında enerji açığa çıkarak genellikle ışık (radyasyon) yayılmasına neden olur. Neon lambaların, floresan ampullerin ve yıldızların parlamasının nedeni budur. Yayılan ışığın rengi ve şiddeti, plazmayı oluşturan gazın cinsine ve sıcaklığına bağlıdır.
