Forskere opdager, hvordan højenergielektroner styrker magnetiske felter

Mere end 99% af det synlige univers eksisterer i en overophedet tilstand kendt som plasma - en ioniseret gas af elektroner og ioner. Bevægelsen af ​​disse ladede partikler producerer magnetiske felter, der danner et interstellært magnetisk væv. Disse magnetiske felter er vigtige for en lang række processer, fra dannelsen af ​​galakser og dannelsen af ​​stjerner til at kontrollere bevægelsen og accelerationen af ​​højenergipartikler som kosmiske stråler - protoner og elektroner, der zoomer gennem universet med næsten lysets hastighed.

I tidligere forskning, videnskabsmænd fandt ud af, at i områder, hvor højenergielektroner produceres, magnetiske felter forstærkes. Men indtil nu, den måde, energipartikler påvirker magnetiske felter på, var ikke godt forstået. I et papir udgivet på forsiden af Fysisk gennemgangsbreve i maj, forskere fra Department of Energy's SLAC National Accelerator Laboratory viser, hvordan elektroner kan forstærke magnetiske felter til meget højere intensiteter, end man tidligere kendte.

Elektronernes bevægelse fører en elektrisk strøm, som producerer magnetiske felter. Som regel, ladninger fra baggrundsplasma forstyrrer denne strøm ved at bevæge sig på en måde, der annullerer den, gør stærke magnetiske felter svære at producere. Ved hjælp af numeriske simuleringer og teoretiske modeller, forskerne fandt ud af, at højenergielektroner faktisk kan udstøde baggrundsplasmaet for at skabe et hul, gør det sværere for plasmaet at annullere deres strøm.

"Når strømmen er afsløret, der produceres stærke magnetiske felter, der skubber baggrundsplasmaet yderligere væk, skabe større huller, efterlader mere af strømmen blottet, og producerer endnu stærkere magnetfelter, " siger Ryan Peterson, en ph.d. studerende ved Stanford University og SLAC, som er den første forfatter til publikationen. "Til sidst, disse magnetfelter bliver så stærke, at de bøjer elektronerne og bremser dem."

Denne proces kan potentielt være på spil i de lyseste og mest energiske elektromagnetiske begivenheder i universet:ekstreme eksplosioner kendt som gammastråleudbrud. Observationer tyder på, at magnetiske felter skal forstærkes betydeligt af energiske partikler for at producere den observerede stråling, men, indtil nu, måden feltet intensiveres på har været et mysterium.

"Hver gang en ny grundlæggende proces identificeres, det kan have vigtige konsekvenser og anvendelser inden for forskellige forskningsområder, " siger Frederico Fiuza, en videnskabsmand, der arbejdede på denne forskning og leder videnskabsteorigruppen med høj energitæthed på SLAC. "I dette tilfælde, forstærkningen af ​​magnetfelt med højenergielektroner er kendt for at være vigtig ikke kun for ekstreme astrofysiske miljøer, såsom gamma-stråleudbrud, men også til laboratorieapplikationer baseret på elektronstråler."

Forskerne arbejder i øjeblikket på nye simuleringer for bedre at forstå den rolle, som denne proces kan spille i gammastråleudbrud. De håber også at finde måder at reproducere det i et laboratorieeksperiment, hvilket ville være et vigtigt skridt i udviklingen af ​​kompakte højenergistrålekilder. Disse kilder ville gøre det muligt for videnskabsmænd at tage billeder af stof på atomare skala med ekstrem høj opløsning til anvendelser inden for medicin, biologi og materialeforskning.