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Weibel产生的磁场的证据

2021-06-22 17:50:31来源:

射击过程中,在欧米茄激光设备​​的目标室内。该设施的实验提供了对磁场产生的洞察力。

劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)的科学家使用质子探针直接对电磁场成像,提供了由威伯产生的磁场的证据,该磁场在激光驱动的实验室实验中以相反的,最初未磁化的等离子体流生长。

长期以来,宇宙磁场的产生一直吸引着天体物理学家。自从1959年首次描述该现象以来,被称为Weibel丝化不稳定性的现象(均质或近乎均质的电磁等离子体中存在的等离子体不稳定性)引起了天文学家和等离子体物理学家的巨大理论兴趣,认为这是宇宙中产生种子磁场的潜在机制。

然而,几十年来,直接观察威贝尔产生的磁场仍然具有挑战性。在本周发表的《自然物理学》论文中,劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)的研究人员首次报告了由Weibel机理产生的发达的定向磁丝,用于逆流,由高功率激光器产生的无碰撞流。

LLNL的物理学家钱宁·亨廷顿说:“与3D粒子模拟和第一原理理论处理的比较证明,在这种流动中产生的磁场是真实且相当有效的。”

研究小组的发现表明,威贝尔不稳定性会在整个宇宙中产生小范围的种子磁场,然后可以将其进一步放大到更大的比例,从而创造出在天体物理系统中普遍存在的磁场。此外,威贝尔产生的磁场可能会俘获等离子体离子,从而产生局部冲击,从而加速宇宙射线粒子。

使用几个激光束加热相对的塑料盘会产生逆流的等离子体流。单独的一组光束直接使装有氘气和氦气的玻璃囊直接内爆。内爆产生质子爆发,这些质子流过等离子流,并在到达检测器板之前受到电场和磁场的偏转,从而有效地记录了系统中的电场模式。

研究人员使用了由D-3He(氘和氦)胶囊爆破产生的质子,该胶囊以高通量产生单一能量。高质量的数据清楚地揭示了难以捉摸的魏贝尔丝状失稳,这是一个基本结果,由于该过程的可扩展性,将对天体物理学家的思想产生重大影响。此外,为补充数据而进行的3D模拟利用了高级计算领域中的尖端技术,进一步扩展了这项工作的适用性。这些实验是在罗切斯特大学激光能量学实验室的Omega激光实验室进行的。

亨廷顿说:“众所周知,宇宙中存在一定范围的磁场尺度,但是这些场的起源一直是个难以捉摸的问题。”“ Weibel不稳定性长期以来一直被认为是产生这些场的一种机制,但是这项工作提供了迄今为止最令人信服的实验证据,证明这确实是可能的。”

该团队开发了强大的实验平台并确认了Weibel细丝的产生,他们设想在OMEGA上进行广泛的后续实验,以测试与天体系统相关的条件下的磁场产生(例如,在存在天体的情况下)。预先存在的磁场,可能会改变不稳定性的增长)。他们还已经在LLNL的国家点火设施上开始了一系列实验,据信,更大,更快的血浆流将产生更高的电场,而Weibel介导的电击形成将完全成熟。这些实验将达到以前在实验室环境下无法实现的条件。

该研究是与来自日本,英国,麻省理工学院,法国普林斯顿,罗切斯特大学和密歇根大学的国际团队合作进行的。

出版物:C. M. Huntington等,“通过互穿等离子体流中的Weibel不稳定性观察磁场的产生”,《自然物理学》(2015年);土井:10.1038 / nphys3178

图片:罗切斯特大学激光能量学实验室