Billeddannelse af magnetiske ustabiliteter ved hjælp af laseraccelererede protoner

De magnetiske strukturer som følge af en plasmaustabilitet forudsagt af fysikeren Erich Weibel for omkring 50 år siden er blevet påvist i overraskende store skalaer i et laserdrevet plasma i det prestigefyldte tidsskrift Naturfysik . Denne ustabilitet forventes også at fungere i astrofysiske omgivelser, hvor den holdes ansvarlig for accelerationen af ​​kosmiske stråler og emissionen af ​​gammafotoner i de berømte "gammastråleudbrud".

Julien Fuchs, en kandidat fra Institut national de la recherche scientifique (INRS) og en forsker ved Laboratoire pour l'utilisation des lasers intenses (LULI) i Frankrig, INRS professor Patrizio Antici, en specialist i laserdrevet partikelacceleration, og INRS professor emeritus Henri Pépin er lykkedes med at måle de magnetiske felter produceret af Weibel-ustabiliteter i et laserdrevet plasma, en ioniseret gas. Deres resultater blev offentliggjort den 1. juni i Naturfysik .

Forskerne brugte protonradiografiteknikken til at visualisere dette ekstremt hurtige fænomen. "Vores protoner accelereret af laser-plasma-interaktion er i stand til at tage en sekvens af billeder af meget hurtige elektromagnetiske fænomener, varer kun et par picosekunder og med en opløsning på nogle få mikron. Dette giver os mulighed for at sondere ustabiliteter med præcision uovertruffen af ​​andre billeddannelsesteknikker, " rapporterer Patrizio Antici, som lavede sit speciale under vejledning af professor Fuchs, selv tidligere under ledelse af professor Pépin.

Disse tre generationer af forskere genskabte en 'småskalamodel' af astrofysiske fænomener i laboratoriet ved at bestråle et mål med en intens laser. De magnetiske fluktuationer genereret af interaktionen kan undersøges af protoner på en række følsomme film, producerer en sekvens af billeder, der viser den tidsmæssige udvikling af de magnetiske strukturer.

Fortolkningen og modelleringen af ​​disse strukturer blev udført af Laurent Gremillet og Charles Ruyer, fysikere ved Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternativer (CEA). Efter flere års hårdt arbejde, kombinerer teoretisk modellering og avancerede numeriske simuleringer, de fremhævede væksten af ​​to varianter af Weibel-ustabiliteten i henhold til den region af plasmaet, hvor de udvikler sig.

Med mere kraftfulde lasere, forskere vil være i stand til at reproducere og analysere endnu mere ekstreme astrofysiske fænomener med uovertruffen opløsning.