Magnetisk återanslutning, en universell process som utlöser soluppblåsningar och norrsken och kan störa mobiltelefontjänster och fusionsexperiment, sker mycket snabbare än teorin säger att det borde. Nu har forskare vid U.S. Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) och Tysklands Max Planck Institute of Plasma Physics upptäckt en källa till hastigheten i en vanlig form av återanslutning. Deras resultat kan leda till mer exakta förutsägelser om skadligt rymdväder och förbättrade fusionsexperiment.

Återanslutning sker när magnetfältlinjerna i plasma - samlingen av atomer och laddade elektroner och atomkärnor, eller joner, som utgör 99 procent av det synliga universum - konvergerar och knäpper kraftfullt isär. Elektroner som utövar en varierande grad av tryck utgör en viktig del av denna process när återanslutning sker.

Forskargruppen fann att variation i elektrontrycket utvecklas längs magnetfältlinjerna i regionen som genomgår återanslutning. Denna variation balanserar och håller en stark elektrisk ström inuti plasma från att växa ur kontroll och stoppa återanslutningsprocessen. Det är denna balansgång som möjliggör snabb återanslutning.

"Huvudfrågan vi tog upp är hur återanslutning kan ske så snabbt, sa Will Fox, huvudförfattare till ett papper som detaljerade resultaten i mars i tidningen Fysiska granskningsbrev . "Här har vi experimentellt visat hur elektrontrycket påskyndar processen."

Fysikteamet skapade en bild av lutningen och andra parametrar för återanslutning från forskning som utförts på Magnetic Reconnection Experiment (MRX) vid PPPL, den ledande laboratorieutrustningen för att studera återanslutning. Resultaten markerade den första experimentella bekräftelsen av förutsägelser som gjorts av tidigare simuleringar som utförts av andra forskare av beteendet hos joner och elektroner under återanslutning. "Experimenten visar hur plasma kan upprätthålla ett stort elektriskt fält samtidigt som en stor elektrisk ström förhindras från att bygga upp och stoppa återanslutningsprocessen, sa Fox.

Bland potentiella tillämpningar av resultaten:

• Förutsägelser om rymdstormar. Magnetisk återanslutning i magnetosfären, magnetfältet som omger jorden, kan utlösa geomagnetiska "delstormar" som inaktiverar kommunikation och globala positioneringssatelliter (GPS) och stör elektriska nät. Förbättrad förståelse för snabb återanslutning kan hjälpa till att lokalisera regioner där processen som utlöser stormar är redo att äga rum.
• Dämpning av påverkan. Avancerad varning för återanslutning och de störningar som kan följa kan leda till åtgärder för att skydda känsliga satellitsystem och elnät.
• Förbättring av fusionsanläggningens prestanda. Processen som observeras i MRX spelar sannolikt en nyckelroll för att producera så kallade "sågtänder" -instabiliteter som kan stoppa fusionsreaktioner. Att förstå processen kan öppna dörren för att kontrollera den och begränsa sådana instabiliteter. "Hur sågtand sker så snabbt har varit ett mysterium att denna forskning hjälper till att förklara, "sa Fox." Faktum är att Det var datasimuleringar av sågkrascher som först kopplade elektrontrycket till källan för snabb återanslutning. "