激光产生的等离子体棚照射宇宙射线,太阳火山爆发 2017-06-12 04:17:06

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科学家们揭示激光产生的等离子体可以深入了解深空中发生的亚原子粒子的爆发

这些发现可以帮助科学家了解宇宙射线,太阳耀斑和太阳火山爆发 - 太阳辐射可以破坏手机服务并摧毁地球上的电网

物理学家长期以来观察到像电子和原子核这样的粒子可以在太空中加速到极高的速度

研究人员认为,与等离子体有关的过程可能是造成电子与原子核分离的热的第四种物质状态

一些模型推测磁性重新连接,当等离子体中的磁场线分开并重新连接,释放大量能量时,可能会导致加速

解决这个问题的是美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的物理学家Will Fox领导的研究小组最近使用激光创造了模仿天体物理行为的条件

实验室技术使得能够在受控和可再生的环境中研究外层空间等离子体

“我们希望以缩影方式重现这一过程,以进行这些测试,”该研究的主要作者福克斯说

该团队使用了一种称为等离子体模拟代码(PSC)的模拟程序,该程序可以跟踪虚拟环境中的等离子体粒子,并通过模拟磁场和电场对其进行操作

该代码起源于德国,在加入PPPL之前由新罕布什尔大学的Fox及其同事进一步开发

研究人员通过美国能源部的创新和新颖的理论与实验计算影响(INCITE)计划,在橡树岭国家实验室的橡树岭领导计算机构 - 美国能源部科学用户设施办公室 - 对Titan超级计算机进行了模拟

这些模拟建立在Fox和其他科学家的研究基础之上,这些研究人员确定激光创建的等离子体可以促进加速过程的研究

在新的模拟中,这种等离子体向外鼓泡并相互撞击,触发磁重联

这些模拟还提出了两种将能量从重新连接事件转移到粒子的过程

在称为费米加速度的一个过程中,粒子在两个会聚的等离子体气泡的外边缘之间来回反弹时获得能量

在称为X线加速的另一个过程中,当能量与重新连接期间产生的电场相互作用时,能量转移到粒子

福克斯和团队现在计划进行物理实验,使用罗切斯特大学激光能量学实验室的OMEGA激光设备和美国能源部劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火设施,复制模拟条件

“我们试图看看我们是否可以通过实验获得粒子加速并观察通电粒子,”福克斯说

与菲克斯合作,在等离子体物理学的研究报告中,他们是PPPL,普林斯顿大学和密歇根大学的物理学家

资金来自美国能源部科学办公室(Fusion Energy Sciences和国家核安全管理局)

出版物:W.Fox等人,“碰撞磁化激光产生的等离子体中的天体物理粒子加速机制”,Physics of Plasmas 24,092901(2017); doi:10.1063 / 1.4993204资料来源:Raphael Rosen,普林斯顿等离子体物理实验室