Los investigadores han desarrollado una técnica de medición innovadora que utiliza radiografía de protones para realizar observaciones.
» data-gt-translate-attributes=»({«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»})» tabindex=»0″ role=»link»>Plasma Interacción con campos magnéticos.
Esta información podría ayudar a decodificar la formación de chorros de plasma interestelares a partir de agujeros negros, ofreciendo una nueva comprensión de los fenómenos cósmicos.
Desentrañando los misterios de la dinámica del plasma
Ya sea entre galaxias o en forma de donut Fusión El dispositivo se conoce como tokamax, un cuarto estado cargado eléctricamente. Plasma Regularmente se encuentra con poderosos campos magnéticos, cambiando de forma y chapoteando por el espacio. Ahora, una nueva técnica de medición que utiliza protones, las partículas subatómicas que forman los núcleos de los átomos, ha capturado por primera vez los detalles de este chapoteo, lo que podría proporcionar información sobre la formación de chorros de plasma masivos que se propagan entre las estrellas.
Científico del Departamento Americano. energía(DOE) Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (
» data-gt-translate-attributes=»({«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»})» tabindex=»0″ role=»link»>PPPL) produjeron imágenes detalladas de un campo magnético que se curva hacia afuera debido a la presión creada por el plasma en expansión. A medida que el campo magnético estresa el plasma, se producen burbujas y espuma conocidas como magneto-Rayleigh Taylor en los límites, formando estructuras columnares y en forma de hongos.
Éxito en la investigación del campo magnético
Luego, a medida que la energía del plasma disminuyó, las líneas del campo magnético volvieron a sus posiciones originales. Como resultado, el plasma se comprime en una estructura recta, similar a los chorros de plasma que pueden fluir desde estrellas muertas ultradensas conocidas como agujeros negros y extenderse a distancias muchas veces mayores que el tamaño de las galaxias. Los resultados sugieren que estos chorros, cuyas causas siguen siendo un misterio, pueden ser creados por la misma compresión de campos magnéticos observada en esta investigación.
«Cuando hicimos el experimento y analizamos los datos, descubrimos que teníamos algo grande», dijo Sofia Malko, física investigadora del PPPL y científica principal del artículo. «La inestabilidad magneto-Rayleigh resultante de la interacción del plasma y los campos magnéticos se ha observado, pero nunca se había observado directamente hasta ahora. Esta observación ayuda a confirmar que esta inestabilidad. Todo nuestro equipo está entusiasmado con lo que sucede cuando el plasma se encuentra con los campos magnéticos.
«Estos experimentos muestran que los campos magnéticos son muy importantes para la formación de chorros de plasma», afirmó Will. el zorrofísico investigador de PPPL e investigador principal del estudio. reportado en el investigación de examen físico. «Ahora que sabemos qué produce estos chorros, podemos, en teoría, estudiar los chorros astrofísicos masivos y aprender algo sobre los agujeros negros».
Innovaciones en la tecnología de medición de plasma
PPPL es un especialista en desarrollo y construcción de renombre mundial. diagnósticosensores que miden propiedades como la densidad y la temperatura en el plasma en diferentes condiciones. Este logro es uno de muchos a lo largo de los años que ilustra cómo el laboratorio está avanzando en la innovación de mediciones en la física del plasma.
El equipo perfeccionó una técnica de medición conocida como radiografía de protones para crear una nueva variación de este experimento que permite mediciones extremadamente precisas. El equipo apuntó un potente láser sobre un pequeño disco de plástico para crear el plasma. Para producir protones, enfocaron 20 láseres sobre una cápsula que contenía un combustible hecho de diferentes tipos de átomos de hidrógeno y helio. A medida que se calentaba el combustible, se produjo una reacción de fusión que produjo protones y una explosión de luz intensa llamada rayos X.
El equipo también instaló una lámina de malla con pequeños agujeros cerca de la cápsula. A medida que los protones fluían a través de la trampa, la emisión se dividía en haces pequeños y discretos que eran desviados por los campos magnéticos circundantes. Al comparar la imagen de la malla distorsionada con una imagen no distorsionada creada por rayos X, el equipo pudo comprender cómo los campos magnéticos eran empujados alrededor del plasma por difusión, creando inestabilidades similares a vórtices en los bordes.
Vídeo: Crema De Café
«Lo que vimos fue la forma en que se pone leche en el café», dijo Malko. “Durante la colisión, se forman muchas estructuras donde la llama se encuentra con el plasma debido a las drásticas diferencias de temperatura, densidad e intensidad del campo magnético. Es un lugar perfecto para que crezcan.
«Nuestro experimento fue único porque pudimos observar directamente cómo cambiaba el campo magnético con el tiempo», dijo Fox. «Podemos observar directamente cómo se empuja el campo y cómo el plasma responde en una especie de batalla».
Detección de plasmas de alta densidad energética.
Los hallazgos ilustran cómo PPPL está ampliando su enfoque para incluir investigaciones centradas en plasmas de alta densidad de energía (HED). Estos plasmas, como los creados en la cápsula de combustible de este experimento, son más calientes y densos que los utilizados en los experimentos de fusión. «El plasma HED es un área de desarrollo apasionante para la física del plasma», afirmó Fox. “Este trabajo es parte de los esfuerzos de PPPL para avanzar en este campo. Los resultados muestran cómo el laboratorio puede desarrollar diagnósticos innovadores que nos brinden nuevos conocimientos sobre este tipo de plasma, que se puede utilizar en dispositivos de fusión láser, así como en tecnologías que utilizan plasma HED para producir microelectrónica.
«PPPL tiene una gran cantidad de conocimiento y experiencia en plasmas magnéticos que pueden ayudar y hacer contribuciones significativas al campo de los plasmas HED generados por láser», dijo Fox.
«La ciencia HAD es compleja, fascinante e importante de comprender a escala», dijo Laura Burzek Hopkins, directora asociada del laboratorio de Estrategia y Asociaciones de PPPL y directora adjunta de investigación. “Es increíblemente difícil crear estas condiciones de forma controlada y desarrollar diagnósticos avanzados para mediciones precisas. Estos interesantes resultados demuestran el impacto de integrar la amplia experiencia técnica de PPPL con métodos innovadores.
Más experiencia y mejores modelos
Los investigadores planean trabajar en experimentos futuros que ayudarán a mejorar el modelo de crecimiento del plasma. «Los científicos suponían que en estas condiciones la densidad y el magnetismo son directamente diferentes, pero resulta que esto no es cierto», afirmó Malko.
«Ahora que hemos medido estas inestabilidades con mucha precisión, tenemos la información que necesitamos para mejorar nuestros modelos y potencialmente comprender y entender los chorros astrofísicos a un nivel nunca antes visto», afirmó el propietario. «Es interesante que los humanos puedan crear en un laboratorio algo que normalmente existe en el espacio».
Cita: «Observación de la inestabilidad magneto-Rayleigh-Taylor en chorros de plasma inducidos magnéticamente» S. Malko, DB Shafer, W. Yao, V. Valenzuela-Valasica, C. Johnson, J. Fixell, A. Ciardi y W. zorro, 27 de junio de 2024, investigación de examen físico.
DOI: 10.1103/PhysRevResearch.6.023330
Entre los colaboradores se encontraban investigadores de la Universidad de California-Los Ángeles, la Universidad de la Sorbona,
» data-gt-translate-attributes=»({«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»})» tabindex=»0″ role=»link»>Universidad de Princeton y la Universidad de Michigan. La investigación fue financiada por el Programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio del DOE bajo el Contrato No. DE-AC02-09CH11466. El experimento se realizó utilizando la instalación de láser Omega en la Universidad de Rochester bajo el contrato DOE/Administración Nacional de Seguridad Nuclear No. DE-NA0003856.
