Fysikere skaber stabile, stærkt magnetiseret plasmastråle i laboratoriet

Når du kigger ind i nattehimlen, meget af det du ser er plasma, en suppe-blanding af ultra-varme atompartikler. At studere plasma i stjernerne og forskellige former i det ydre rum kræver et teleskop, men forskere kan genskabe det i laboratoriet for at undersøge det nærmere.

Nu, et team af forskere ledet af fysikere Lan Gao fra US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) og Edison Liang fra Rice University, har for første gang skabt en særlig form for sammenhængende og magnetiseret plasmastråle, der kan uddybe forståelsen af ​​arbejdet med meget større stråler, der strømmer fra nyfødte stjerner og muligvis sorte huller - stjernemateriale så massive, at de fanger lys og fordrejer både rum og tid.

"Vi skaber nu stabil, supersonisk, og stærkt magnetiserede plasmastråler i et laboratorium, der kan tillade os at studere astrofysiske objekter lysår væk, "sagde astrofysiker Liang, medforfatter af papiret, der rapporterer resultaterne i Astrofysiske journalbreve .

Teamet skabte jetflyene ved hjælp af OMEGA Laser Facility ved University of Rochester's Laboratory for Laser Energetics (LLE). Forskerne rettede 20 af OMEGAs individuelle laserstråler ind i et ringformet område på et plastmål. Hver laser skabte et lille pust af plasma; da pustene udvidede sig, de lægger pres på det indre område af ringen. Dette tryk pressede derefter en plasmastråle ud på over fire millimeter i længden og skabte et magnetfelt, der havde en styrke på over 100 tesla.

"Dette er det første trin i undersøgelsen af ​​plasmastråler i et laboratorium, "sagde Gao, hvem var hovedforfatteren til avisen. "Jeg er begejstret, fordi vi ikke kun skabte et jetfly. Vi har også med succes brugt avanceret diagnostik på OMEGA til at bekræfte jetens dannelse og karakterisere dets egenskaber."

Diagnostiske værktøjer, udviklet med teams fra LLE og Massachusetts Institute of Technology (MIT), målte jetens densitet, temperatur, længde, hvor godt det holdt sammen, da det voksede gennem rummet, og formen på magnetfeltet omkring det. Målingerne hjælper forskere med at bestemme, hvordan laboratoriefænomenerne kan sammenlignes med jetfly i det ydre rum. De giver også en grundlinje, som forskere kan pille ved for at observere, hvordan plasmaet opfører sig under forskellige forhold.

"Dette er banebrydende forskning, fordi intet andet team med succes har lanceret en supersonisk, snævre stråle, der bærer et så stærkt magnetfelt, strækker sig til betydelige afstande, "sagde Liang." Det er første gang, at forskere har påvist, at magnetfeltet ikke bare vikler rundt om strålen, men strækker sig også parallelt med jetens akse, " han sagde.

Forskerne håber at udvide deres forskning med større laserfaciliteter og undersøge andre typer fænomener. "Det næste trin indebærer at se, om et eksternt magnetfelt kan gøre strålen længere og mere kollimeret, "Sagde Gao.

"Vi vil også gerne gentage eksperimentet ved hjælp af National Ignition Facility på Lawrence Livermore National Laboratory, som har 192 laserstråler, halvdelen heraf kunne bruges til at oprette vores plasmering. Det ville have en større radius og dermed producere en længere jet end den, der blev produceret ved hjælp af OMEGA. Denne proces ville hjælpe os med at finde ud af under hvilke betingelser plasmastrålen er stærkest. "