(a) Schema för experimentet. Genom att bestråla ett plastmål med Gekko XII-lasern genereras plasmaflöde i närvaro av ett svagt magnetfält. Det svaga magnetfältet förvrängs av plasmaflödets dynamiska tryck och den antiparallella magnetiska konfigurationen skapas. (b) Insatsen visar schematiskt att det långsträckta magnetfältet återansluter och frigör magnetfältsenergin när återkopplingen strömmar ut. Rena elektronutflöden har uppmätts med CTS för första gången i laserproducerade plasma. Kredit:2022 K. Sakai et al. Direkta observationer av rent elektronutflöde vid magnetisk återkoppling. Kredit:Scientific Reports
Magnetiska återkopplingar i laserproducerade plasma har studerats för att förstå mikroskopisk elektrondynamik, som är tillämpbar på rymden och astrofysiska fenomen. Forskare från Osaka University, i samarbete med forskare vid National Institute for Fusion Science och andra universitet, har rapporterat de direkta mätningarna av rena elektronutflöden som är relevanta för magnetisk återkoppling med en högeffektlaser, Gekko XII, vid Institute of Laser Engineering, Osaka universitet i Japan. Deras resultat publiceras i Scientific Reports .
Magnetisk återkoppling är en grundläggande process i många rymd- och astrofysiska fenomen som solflammor och magnetiska substormar, där den magnetiska energin frigörs som plasmaenergi. Det är känt att elektrondynamik spelar väsentliga roller i utlösningsmekanismen för magnetisk återkoppling. Det har dock varit mycket utmanande att observera de små elektronskalfenomenen i det stora universum.
Således har forskarna skapat enbart situationselektroner som är direkt kopplade till magnetfält i laserproducerade plasma. Den så kallade laboratorieastrofysiken gör att man kan komma åt miniatyruniversumet.
"I rymdplasma gömmer sig nyckelaktörerna ibland i den lilla skalan. Det är mycket svårt att se deras handlingar i storskaliga rymdfenomen, även via banbrytande numeriska simuleringar", förklarar studieförfattaren Toseo Moritaka. "Nu kan laserexperiment ordna ett nytt steg för att belysa deras handlingar. Resultaten kommer att överbrygga olika observationer och simuleringar i makroskopiska och mikroskopiska synvinklar."
Genom att använda kollektiva Thomson-spridningsmätningar har det rena elektronutflödet associerat med den magnetiska återkopplingen i elektronskala uppmätts i laserproducerade plasma för första gången.
"Resultaten av denna forskning är tillämpliga inte bara på rymd- och astrofysiska plasma, utan också för magnetisk framdrivning av rymdfarkoster och även fusionsplasma," förklarar studiens huvudförfattare Yasuhiro Kuramitsu.
"Mikroskopisk elektrondynamik styr makroskopiska fenomen, som magnetiska återkopplingar och kollisionsfria stötar. Detta är en unik och universell egenskap hos plasma, som inte ses i vanlig gas och vätska. Nu kan vi ta itu med detta i laboratorier genom direkta lokala mätningar av plasman. och magnetfält. Vi kommer att ta itu med långvariga öppna problem i universum genom att modellera dem i laboratorier. Att känna till plasmans natur kan leda till att vi realiserar till exempel fusionsplasma." + Utforska vidare
