Wetenschappers uit India en Portugal hebben zonneturbulentie nagebootst op een tafelblad met behulp van een ultrakorte laserpuls van hoge intensiteit om een ​​hete, dicht plasma en volgde de evolutie van het gigantische magnetische veld dat wordt gegenereerd door de plasmadynamiek. Dit opent de mogelijkheid om astrofysische fenomenen zoals de evolutie van sterren, in het labortorium.

Turbulente magnetische velddynamiek die astrofysische fenomenen zoals de evolutie van sterren verklaart, is tot nu toe alleen verkregen door observaties via telescopen en satellieten. Nutsvoorzieningen, een team van wetenschappers uit India en Portugal heeft dergelijke magnetische turbulentie nagebootst op een tafelblad in het laboratorium, met behulp van een ultrakorte laserpuls van hoge intensiteit om een ​​hete, dicht plasma op een vast oppervlak en volgde de extreem snelle evolutie van het gigantische magnetische veld dat wordt gegenereerd door de plasmadynamiek. Deze baanbrekende studie wordt gepubliceerd in Natuurcommunicatie op 30 juni.

Turbulentie is overal - van theekopjes tot tokamaks en van waterstralen tot weersystemen, het is iets dat we allemaal zien en ervaren. Nog, zelfs na eeuwen van serieuze wetenschappelijke studie, vloeistofturbulentie wordt nog steeds niet goed begrepen. Hoewel het moeilijk is om turbulentie eenvoudig te definiëren, het heeft veel herkenbare kenmerken, de meest voorkomende zijn de fluctuaties in parameters zoals snelheid en druk, wat wijst op randomisatie van de stroom.

Turbulentie is niet alleen maar slecht en destructief, ondanks fenomenen als luchtturbulentie op een vlucht bij slecht weer. Een goede eigenschap is dat het veel sneller mengen mogelijk maakt dan mogelijk is met alleen normale, langzame verspreiding. Bijvoorbeeld, de suiker toegevoegd aan een kopje thee zou uren of dagen nodig hebben om ongestoord te verspreiden, maar roeren maakt de thee onstuimig, wat resulteert in een snelle menging op moleculair niveau. Turbulentie helpt ook bij het mengen van brandstof en zuurstof voor een efficiënte verbranding in motoren.

Een groot deel van ons universum bestaat uit sterk geïoniseerd gas dat bekend staat als plasma, die vaak extreem heet en wervelend kan zijn met onvoorstelbare snelheden. Turbulentie in een plasma is veel complexer dan in neutrale hydrodynamische vloeistoffen. In een geladen plasma-omgeving, de negatief geladen, lichte elektronen en positieve zware ionen reageren op enorm verschillende lengte- en tijdschalen. De beweging van deze geladen soorten wordt bepaald door elektromagnetische krachten en de stroom die door de dynamiek van de ladingsdeeltjes vloeit, leidt tot het genereren van magnetische velden. Daarom, de willekeur van magnetische velden bootst vaak de vloeistofturbulentie in plasma's na.

Het team van wetenschappers dat deze nieuwe studie leidt, ontdekt dat de turbulentie in het magnetische veld aanvankelijk wordt aangedreven door de elektronen (op een biljoenste van een seconde) en dat de ionen binnenkomen en het op langere termijn overnemen. Dit is de eerste keer dat er een glimp is opgevangen van zo'n 'estafetterace' waarbij twee verschillende soorten betrokken zijn. Verder, deze laboratoriumwaarnemingen hebben een griezelige gelijkenis met de satellietgegevens over de magnetische veldspectra gemeten voor turbulente astrofysische plasma's in de zonnewind, zonnefotosfeer en de aardmagnetische mantel. Hoewel in het laserexperiment de elektronen in het plasma aanvankelijk worden geactiveerd, de ion-dominante respons die op latere tijdstippen optreedt, vertoont spectrale kenmerken die vergelijkbaar zijn met die in de astro-systemen. Deze experimenten leggen dus duidelijke verbanden tussen de twee scenario's, hoewel de aanjager van turbulentie in het laboratoriumplasma heel anders is dan die in het astrofysische systeem.