Magnetische herverbinding, een universeel proces dat zonnevlammen en noorderlicht veroorzaakt en mobiele telefoondiensten en fusie-experimenten kan verstoren, gebeurt veel sneller dan de theorie zegt dat het zou moeten. Nu hebben onderzoekers van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) en het Duitse Max Planck Institute of Plasma Physics een bron van de versnelling ontdekt in een veel voorkomende vorm van herverbinding. Hun bevindingen kunnen leiden tot nauwkeurigere voorspellingen van schadelijk ruimteweer en verbeterde fusie-experimenten.

Herverbinding vindt plaats wanneer de magnetische veldlijnen in plasma - de verzameling atomen en geladen elektronen en atoomkernen, of ionen, die 99 procent van het zichtbare heelal uitmaken - convergeren en breken krachtig uit elkaar. Elektronen die een wisselende mate van druk uitoefenen, vormen een belangrijk onderdeel van dit proces als herverbinding plaatsvindt.

Het onderzoeksteam ontdekte dat variatie in de elektronendruk zich ontwikkelt langs de magnetische veldlijnen in het gebied dat opnieuw wordt aangesloten. Deze variatie balanceert en zorgt ervoor dat een sterke elektrische stroom in het plasma niet uit de hand loopt en het herverbindingsproces stopt. Het is deze evenwichtsoefening die een snelle herverbinding mogelijk maakt.

"Het belangrijkste probleem dat we hebben aangepakt, is hoe herverbinding zo snel kan plaatsvinden, " zei Wil Vos, hoofdauteur van een paper waarin de bevindingen in maart in het tijdschrift werden beschreven Fysieke beoordelingsbrieven . "Hier hebben we experimenteel aangetoond hoe elektronendruk het proces versnelt."

Het natuurkundig team heeft een beeld gemaakt van de gradiënt en andere parameters van herverbinding uit onderzoek uitgevoerd op het Magnetic Reconnection Experiment (MRX) bij PPPL, het toonaangevende laboratoriumapparaat voor het bestuderen van herverbinding. De bevindingen markeerden de eerste experimentele bevestiging van voorspellingen die zijn gedaan door eerdere simulaties van andere onderzoekers van het gedrag van ionen en elektronen tijdens het opnieuw verbinden. "De experimenten laten zien hoe het plasma een groot elektrisch veld in stand kan houden terwijl het voorkomt dat een grote elektrische stroom zich opbouwt en het herverbindingsproces stopt, ' zei Vos.

Onder mogelijke toepassingen van de resultaten:

• Voorspellingen van ruimtestormen. Magnetische herverbinding in de magnetosfeer, het magnetische veld dat de aarde omringt, kan geomagnetische "substormen" veroorzaken die communicatie en GPS-satellieten uitschakelen en elektriciteitsnetten verstoren. Een beter begrip van snelle herverbinding kan helpen bij het lokaliseren van regio's waar het proces dat stormen teweegbrengt klaar is om plaats te vinden.
• Beperking van de impact. Geavanceerde waarschuwing voor heraansluiting en de mogelijke verstoringen kunnen leiden tot maatregelen om gevoelige satellietsystemen en elektriciteitsnetten te beschermen.
• Verbetering van de prestaties van de fusie-installatie. Het proces dat in MRX wordt waargenomen, speelt waarschijnlijk een sleutelrol bij het veroorzaken van zogenaamde "zaagtand" -instabiliteiten die fusiereacties kunnen stoppen. Inzicht in het proces zou de deur kunnen openen om het te beheersen en dergelijke instabiliteiten te beperken. "Hoe zaagtand zo snel gebeurt, is een mysterie dat dit onderzoek helpt verklaren, "zei Fox. "In feite, het waren computersimulaties van zaagtandcrashes die voor het eerst de elektronendruk koppelden aan de bron van snelle herverbinding."