为了更好地了解与空间和天体物理现象有关的微观电子动力学,科学家们对激光产生的等离子体中的磁重联进行了研究。来自大阪大学的科学家跟日本国家聚变科学研究所及其他大学的研究人员合作报告了在日本大阪大学激光工程研究所使用高功率激光器Gekko XII对跟磁重联有关的纯电子外流的直接测量。

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磁重联是许多空间和天体物理现象的一个基本过程,如太阳耀斑和磁亚暴,其中磁能作为等离子体能量释放。众所周知,电子动力学在磁重联的触发机制中起着至关重要的作用。然而在浩瀚的宇宙中观察微小的电子尺度现象是极具挑战性的。

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对此,科学家们在激光产生的等离子体中创建了跟磁场直接耦合的情况下的电子。所谓的实验室天体物理学使得科学家能够进入微型宇宙。

“在空间质体中,关键角色有时会隐藏在小规模中。即使通过尖端的数值模拟也很难看到它们在大规模空间现象中的行动,”这项研究的论文作者Toseo Moritaka说道,“现在激光实验可以安排一个新阶段来阐明它们的行动。其结果将在宏观和微观的角度上为各种观察和模拟搭建桥梁。”

通过使用集体汤姆森散射测量,在激光产生的等离子体中首次测量了跟电子级磁重联有关的纯电子流出。

“这项研究的成果不仅适用于空间和天体物理等离子体,而且还适用于航天器的磁推进以及聚变等离子体,”研究论文第一作者Yasuhiro Kuramitsu说道,“微观电子动力学支配着宏观现象如磁重联和无碰撞冲击。这是等离子体的一个独特和普遍的属性,在普通气体和液体中是看不到的。现在我们可以在实验室里通过对等离子体和磁场的直接局部测量来解决这个问题。我们将通过在实验室中建立模型来解决宇宙中长期存在的未决问题。了解等离子体的性质可能会使我们实现,如聚变等离子体。”