Plasma fra lasere kan kaste lys over kosmiske stråler, soludbrud

Lasere, der genererer plasma, kan give indsigt i udbrud af subatomære partikler, der forekommer i dybt rum, forskere har fundet. Sådanne fund kan hjælpe forskere med at forstå kosmiske stråler, soludbrud og soludbrud - emissioner fra solen, der kan forstyrre mobiltelefontjenesten og slå strømnet ud på jorden.

Fysikere har længe observeret, at partikler som elektroner og atomkerner kan accelerere til ekstremt høje hastigheder i rummet. Forskere mener, at processer forbundet med plasma, den varme fjerde tilstand af stof, hvor elektroner har adskilt sig fra atomkerner, kan være ansvarlig. Nogle modeller teoretiserer den magnetiske genforbindelse, som finder sted når magnetfeltlinjerne i plasma klikker fra hinanden og tilslutter igen, frigiver store mængder energi, kan forårsage acceleration.

Løser dette problem, et team af forskere under ledelse af Will Fox, fysiker ved US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), for nylig brugt lasere til at skabe forhold, der efterligner astrofysisk adfærd. Laboratorieteknikken muliggør undersøgelse af plasma i det ydre rum i et kontrolleret og reproducerbart miljø. "Vi ønsker at gengive processen i miniature for at udføre disse tests, sagde Fox, hovedforfatter af forskningen offentliggjort i tidsskriftet Plasmas fysik .

Teamet brugte et simuleringsprogram kaldet Plasma Simulation Code (PSC), der sporer plasmapartikler i et virtuelt miljø, hvor de påvirkes af simulerede magnetiske og elektriske felter. Koden stammer fra Tyskland og blev videreudviklet af Fox og kolleger ved University of New Hampshire, før han sluttede sig til PPPL. Forskere gennemførte simuleringerne på Titan -supercomputeren på Oak Ridge Leadership Computing Facility, en DOE Office of Science brugerfacilitet, ved Oak Ridge National Laboratory, gennem DOE's Innovative and Novel Computational Impact on Theory and Experiment (INCITE) -programmet.

Simuleringerne bygger på forskning foretaget af Fox og andre forskere, der fastslår, at laseroprettede plasmaer kan lette studiet af accelerationsprocesser. I de nye simuleringer, sådanne plasmaer bobler udad og støder ind i hinanden, udløser magnetisk genforbindelse. Disse simuleringer foreslår også to slags processer, der overfører energi fra genforbindelseshændelsen til partikler.

Under en proces, kendt som Fermi -acceleration, partikler får energi, når de hopper frem og tilbage mellem yderkanterne på to konvergerende plasmabobler. I en anden proces kaldet X-line acceleration, energien overføres til partikler, når de interagerer med de elektriske felter, der opstår under genforbindelse.

Fox og teamet planlægger nu at udføre fysiske eksperimenter, der replikerer forholdene i simuleringerne ved hjælp af både OMEGA -laserfaciliteten ved University of Rochester's Laboratory for Laser Energetics og National Ignition Facility på DOE's Lawrence Livermore National Laboratory. "Vi forsøger at se, om vi kan få partikelacceleration og observere de energiserede partikler eksperimentelt, "Sagde Fox.