Lasers die plasma genereren, kunnen inzicht geven in uitbarstingen van subatomaire deeltjes die zich in de verre ruimte voordoen, wetenschappers hebben gevonden. Dergelijke bevindingen kunnen wetenschappers helpen kosmische straling te begrijpen, zonnevlammen en zonne-uitbarstingen - emissies van de zon die de mobiele telefoonservice kunnen verstoren en elektriciteitsnetten op aarde kunnen uitschakelen.

Natuurkundigen hebben lang waargenomen dat deeltjes zoals elektronen en atoomkernen in de ruimte tot extreem hoge snelheden kunnen accelereren. Onderzoekers geloven dat processen die verband houden met plasma, de hete vierde toestand van materie waarin elektronen zijn gescheiden van atoomkernen, verantwoordelijk zou kunnen zijn. Sommige modellen theoretiseren dat magnetische herverbinding, die plaatsvindt wanneer de magnetische veldlijnen in plasma uit elkaar springen en opnieuw verbinden, vrijkomen van grote hoeveelheden energie, de versnelling kan veroorzaken.

Om dit probleem aan te pakken, een team van onderzoekers onder leiding van Will Fox, natuurkundige bij het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE), onlangs gebruikte lasers om omstandigheden te creëren die astrofysisch gedrag nabootsen. De laboratoriumtechniek maakt het mogelijk om plasma-achtig plasma in een gecontroleerde en reproduceerbare omgeving te bestuderen. "We willen het proces in miniatuur reproduceren om deze tests uit te voeren, " zei Vos, hoofdauteur van het onderzoek gepubliceerd in het tijdschrift Fysica van plasma's .

Het team gebruikte een simulatieprogramma genaamd Plasma Simulation Code (PSC) dat plasmadeeltjes in een virtuele omgeving volgt. waar ze worden beïnvloed door gesimuleerde magnetische en elektrische velden. De code is afkomstig uit Duitsland en werd verder ontwikkeld door Fox en collega's van de Universiteit van New Hampshire voordat hij bij PPPL kwam werken. Onderzoekers voerden de simulaties uit op de Titan-supercomputer in de Oak Ridge Leadership Computing Facility, een DOE Office of Science gebruikersfaciliteit, in het Oak Ridge National Laboratory, via het DOE's Innovative and Novel Computational Impact on Theory and Experiment (INCITE) -programma.

De simulaties bouwen voort op onderzoek van Fox en andere wetenschappers die aantonen dat door lasers gemaakte plasma's de studie van versnellingsprocessen kunnen vergemakkelijken. In de nieuwe simulaties zulke plasma's borrelen naar buiten en botsen tegen elkaar, magnetische herverbinding teweegbrengen. Deze simulaties suggereren ook twee soorten processen die energie overdragen van de herverbindingsgebeurtenis naar deeltjes.

Tijdens een proces, bekend als Fermi-versnelling, deeltjes krijgen energie als ze heen en weer stuiteren tussen de buitenranden van twee convergerende plasmabellen. In een ander proces genaamd X-lijnversnelling, de energie wordt overgedragen op deeltjes terwijl ze interageren met de elektrische velden die ontstaan ​​​​tijdens het opnieuw verbinden.

Fox en het team zijn nu van plan om fysieke experimenten uit te voeren die de omstandigheden in de simulaties repliceren met behulp van zowel de OMEGA-laserfaciliteit van het University of Rochester's Laboratory for Laser Energetics en de National Ignition Facility in het Lawrence Livermore National Laboratory van de DOE. "We proberen te zien of we deeltjesversnelling kunnen krijgen en de geactiveerde deeltjes experimenteel kunnen observeren, ' zei Vos.