Ett team av indiska och japanska fysiker har kullkastat den sex decennium gamla föreställningen att det gigantiska magnetfältet i en högintensiv laser producerad plasma utvecklas från den lilla, nanometerskala i bulkplasman. De visar att istället fältet har sitt ursprung i makroskopiska skalor som definieras av gränserna för elektronstrålen som fortplantar sig i plasman. Den nya mekanismen försöker förändra vår förståelse av magnetfält i astrofysiska scenarier och laserfusion och kan hjälpa till vid utformningen av nästa generations högenergipartikelkällor för avbildning och terapier.

Jättemagnetiska fält miljarder gånger jordens, finns i det heta, tät plasma i astrofysiska system som neutronstjärnor. Grundläggande elektromagnetism etablerad från Oersteds och Faradays tid säger oss att det är strömmen i ett system som orsakar magnetfält. I ett plasma finns två strömmar, en en framåtriktad och en motsats, dämpande ström som induceras av den främre själv. Om strömmarna är lika och överlappade i rymden, det finns inget nettomagnetfält. Dock, små fluktuationer i plasman kan skilja dem åt och leda till en instabilitet som växer med tiden. Verkligen, i decennier har man trott att de jättelika fälten uppstår från interaktionen av motsatta strömmar inuti bulkplasman via den berömda Weibel-instabiliteten, vid skalor som är mycket mindre än själva balkarna. Magnetfältet sägs sedan spridas ut till det makroskopiska rymden via vad som kallas en invers kaskad, på ett "bottom up" sätt.

I kontrast, Indien-Japan-teamet visar att fältet faktiskt har sitt ursprung vid gränsen för strömstrålen som är på makroskopiska längdskalor och rör sig inåt till mindre skalor (uppifrån och ned). Och omfattningen av detta fält är mycket större än den som orsakas av Weibel och andra instabiliteter. Teamet döper mekanismen som leder till detta magnetfält till "finita strålmekanism" för att indikera den avgörande roll som den ändliga storleken på den nuvarande strålen har i detta läge. De visar att strålning läcker ut från kanterna på strömmen som destabiliserar strålen och orsakar magnetfältet. Det finns tydliga bevis för detta läge i deras laserexperiment och datorsimuleringar.

Varför har detta nya läge missats i alla datorsimuleringar under de senaste decennierna? Författarna påpekar att detta beror på antagandena om homogenitet och oändlig utsträckning som är typiska för alla simuleringar. Dock, det verkliga fysiska systemet har gränser och fysiken där leder till flera intressanta effekter - exempel är fokuseringen av laddade partiklar av fransfälten i slutet av kondensatorplattorna, den berömda Casimir-effekten som leder till attraktion mellan plattorna på grund av kvanteffekter, och de elektromagnetiska formerna som utbreder ytan, kända som ytplasmoner, ganska populärt inom nanooptik och närfältsmikroskoper.

Varning! Trampa försiktigt i kanten...