Fysikere afslører eksperimentel verifikation af en vigtig kilde til hurtig genforbindelse af magnetfelter

Magnetisk genforbindelse, en universel proces, der udløser solblusser og nordlys og kan forstyrre mobiltelefontjeneste og fusionsforsøg, sker meget hurtigere, end teorien siger, at det burde. Nu har forskere ved US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) og Tysklands Max Planck Institute of Plasma Physics opdaget en kilde til hastigheden i en almindelig form for genforbindelse. Deres fund kan føre til mere præcise forudsigelser af skadeligt rumvejr og forbedrede fusionsforsøg.

Genforbindelse opstår, når magnetfeltlinjerne i plasma - samlingen af ​​atomer og ladede elektroner og atomkerner, eller ioner, som udgør 99 procent af det synlige univers - konvergerer og knækker kraftigt fra hinanden. Elektroner, der udøver en varierende grad af tryk, udgør en vigtig del af denne proces, da genforbindelse finder sted.

Forskerholdet fandt ud af, at variation i elektrontrykket udvikler sig langs magnetfeltlinjerne i den region, der gennemgår genforbindelse. Denne variation balancerer og holder en stærk elektrisk strøm inde i plasmaet fra at vokse ude af kontrol og standse genforbindelsesprocessen. Det er denne balancegang, der muliggør hurtig genforbindelse.

"Det vigtigste problem, vi behandlede, er, hvordan genforbindelse kan finde sted så hurtigt, sagde Will Fox, hovedforfatter til et papir, der detaljerede resultaterne i marts i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve . "Her har vi vist eksperimentelt, hvordan elektrontryk accelererer processen."

Fysikholdet opbyggede et billede af gradienten og andre parametre for genforbindelse fra forskning udført på Magnetic Reconnection Experiment (MRX) på PPPL, den førende laboratorieindretning til undersøgelse af genforbindelse. Resultaterne markerede den første eksperimentelle bekræftelse af forudsigelser foretaget af tidligere simuleringer udført af andre forskere af ioner og elektroners adfærd under genforbindelse. "Eksperimenterne viser, hvordan plasmaet kan opretholde et stort elektrisk felt, samtidig med at en stor elektrisk strøm forhindres i at opbygge og standse genforbindelsesprocessen, "sagde Fox.

Blandt potentielle anvendelser af resultaterne:

• Forudsigelser af rumstorme. Magnetisk genforbindelse i magnetosfæren, magnetfeltet, der omgiver Jorden, kan udløse geomagnetiske "substorms", der deaktiverer kommunikation og globale positioneringssatellitter (GPS) og forstyrrer elektriske net. Forbedret forståelse af hurtig genforbindelse kan hjælpe med at lokalisere regioner, hvor processen, der udløser storme, er klar til at finde sted.
• Afbødning af påvirkningen. Avanceret advarsel om genforbindelse og de forstyrrelser, der kan følge, kan føre til skridt til beskyttelse af følsomme satellitsystemer og elektriske net.
• Forbedring af fusionsfacilitetens ydeevne. Processen observeret i MRX spiller sandsynligvis en nøglerolle i produktionen af ​​såkaldte "savtand" ustabilitet, der kan standse fusionsreaktioner. At forstå processen kan åbne døren for at kontrollere den og begrænse sådanne ustabilitet. "Hvordan savtand sker så hurtigt har været et mysterium, at denne forskning hjælper med at forklare, "sagde Fox." Faktisk det var computersimuleringer af savtandulykker, der først forbandt elektrontryk med kilden til hurtig genforbindelse. "