Плазма лазеров может пролить свет на космические лучи и солнечные извержения

Физики давно заметили, что частицы, такие как электроны и атомные ядра, могут ускоряться до чрезвычайно высоких скоростей в космосе. Исследователи полагают, что это могут быть процессы, связанные с плазмой, четвертым горячим состоянием вещества, в котором электроны отделились от ядер атомов. Некоторые модели предполагают, что магнитное пересоединение, которое происходит, когда силовые линии магнитного поля в плазме разъединяются и повторно соединяются, высвобождая большое количество энергии, может вызвать ускорение.Решая эту проблему, группа исследователей во главе с Уиллом Фоксом, физиком из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) Министерства энергетики США, недавно использовала лазеры для создания условий, имитирующих астрофизическое поведение.

Лабораторный метод позволяет изучать космическую плазму в контролируемой и воспроизводимой среде. «Мы хотим воспроизвести процесс в миниатюре, чтобы провести эти тесты», — сказал Фокс, ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Physics of Plasmas.Команда использовала программу моделирования под названием Plasma Simulation Code (PSC), которая отслеживает частицы плазмы в виртуальной среде, где на них действуют моделируемые магнитные и электрические поля. Код возник в Германии и был доработан Фоксом и его коллегами из Университета Нью-Гэмпшира до того, как он присоединился к PPPL. Исследователи провели моделирование на суперкомпьютере Titan в Oak Ridge Leadership Computing Facility, в Управлении науки Министерства энергетики США, в Национальной лаборатории Ок-Ридж в рамках программы Министерства энергетики США по инновационным и новым вычислениям, влияющим на теорию и эксперименты (INCITE).

Моделирование основано на исследованиях Фокса и других ученых, которые установили, что созданная лазером плазма может облегчить изучение процессов ускорения. В новом моделировании такая плазма пузырится наружу и врезается друг в друга, вызывая магнитное пересоединение. Эти модели также предполагают два типа процессов, которые передают энергию от события пересоединения частицам.Во время одного процесса, известного как ускорение Ферми, частицы получают энергию, отскакивая назад и вперед между внешними краями двух сходящихся плазменных пузырей.

В другом процессе, называемом ускорением X-линии, энергия передается частицам, когда они взаимодействуют с электрическими полями, возникающими во время пересоединения.Фокс и команда теперь планируют провести физические эксперименты, которые воспроизводят условия моделирования, с использованием как лазерной установки OMEGA в лаборатории лазерной энергии Университета Рочестера, так и Национального центра зажигания в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса при Министерстве энергетики. «Мы пытаемся увидеть, сможем ли мы получить ускорение частиц и экспериментально наблюдать заряженные частицы», — сказал Фокс.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *