Et magnetfelt med en kant

Et hold af indiske og japanske fysikere har omstødt den seks årtier gamle forestilling om, at det gigantiske magnetfelt i en højintensitetslaser produceret plasma udvikler sig fra den lille, nanometerskala i bulkplasmaet. De viser, at feltet i stedet faktisk stammer fra makroskopiske skalaer defineret af grænserne for elektronstrålen, der udbreder sig i plasmaet. Den nye mekanisme søger at ændre vores forståelse af magnetiske felter i astrofysiske scenarier og laserfusion og kan hjælpe med udformningen af ​​næste generation af højenergipartikelkilder til billeddannelse og terapier.

Kæmpe magnetiske felter milliarder gange jordens, findes i det varme, tæt plasma i astrofysiske systemer som neutronstjerner. Grundlæggende elektromagnetisme etableret fra Ørsted og Faradays tid fortæller os, at det er strømmen i et system, der forårsager magnetiske felter. I et plasma er der to strømme, en en fremadrettet og en modsat, dæmpende strøm induceret af den forreste selv. Hvis strømmene er ens og overlappede i rummet, der er ikke noget netto magnetfelt. Imidlertid, små udsving i plasmaet kan adskille dem og føre til en ustabilitet, der vokser med tiden. Ja, i årtier har man troet, at de gigantiske felter opstår fra interaktionen af ​​modsatrettede strømme inde i bulkplasmaet via den berømte Weibel-ustabilitet, i skalaer meget mindre end selve bjælkerne. Magnetfeltet siges så at sprede sig til det makroskopiske rum via det, der kaldes en omvendt kaskade, på en 'bottom up' måde.

I modsætning, Indien-Japan-holdet viser, at feltet faktisk stammer fra grænsen af ​​den nuværende stråle, der er på makroskopiske længdeskalaer og bevæger sig indad til mindre skalaer (top-down). Og omfanget af dette felt er meget større end det, der er forårsaget af Weibel og andre ustabiliteter. Holdet døber mekanismen, der fører til dette magnetfelt, 'endelig strålemekanisme' for at indikere den afgørende rolle for den endelige størrelse af den nuværende stråle i denne tilstand. De viser, at stråling siver ud af strømmens kanter, der destabiliserer strålen og forårsager magnetfeltet. Der er klare beviser for denne tilstand i deres lasereksperimenter og computersimuleringer.

Hvorfor er denne nye tilstand blevet savnet i alle computersimuleringer i løbet af de sidste mange årtier? Forfatterne påpeger, at dette skyldes de antagelser om homogenitet og uendelig omfang, der er typiske for alle simuleringer. Imidlertid, det virkelige fysiske system har grænser, og fysikken der fører til flere interessante effekter - eksempler er fokuseringen af ​​ladede partikler ved randfelterne for enden af ​​kondensatorpladerne, den berømte Casimir-effekt, der fører til tiltrækning mellem pladerne på grund af kvanteeffekter, og de overfladeformerende elektromagnetiske tilstande kendt som overfladeplasmoner, ret populær i nano-optik og nærfeltsmikroskopier.

Advarsel!!!! Træd forsigtigt i kanten...