Een team van Indiase en Japanse natuurkundigen heeft het zes decennia oude idee omvergeworpen dat het gigantische magnetische veld in een lasergeproduceerd plasma met hoge intensiteit evolueert uit het kleine, nanometerschaal in het bulkplasma. Ze laten zien dat het veld in plaats daarvan zijn oorsprong vindt op macroscopische schalen die worden bepaald door de grenzen van de elektronenstraal die zich in het plasma voortplant. Het nieuwe mechanisme probeert ons begrip van magnetische velden in astrofysische scenario's en laserfusie te veranderen en kan helpen bij het ontwerpen van de volgende generatie hoogenergetische deeltjesbronnen voor beeldvorming en therapieën.

Gigantische magnetische velden miljard keer die van de aarde, bestaan ​​in hete, dicht plasma in astrofysische systemen zoals neutronensterren. Basis elektromagnetisme, gevestigd in de tijd van Oersted en Faraday, vertelt ons dat het de stroom in een systeem is die magnetische velden veroorzaakt. In een plasma zijn er twee stromen, een een voorwaarts voortplantende en een tegenovergestelde, verzachtende stroom geïnduceerd door de voorwaartse zelf. Als de stromen gelijk zijn en elkaar overlappen in de ruimte, er is geen netto magnetisch veld. Echter, kleine fluctuaties in het plasma kunnen ze scheiden en leiden tot een instabiliteit die met de tijd toeneemt. Inderdaad, decennia lang werd aangenomen dat de gigantische velden ontstaan ​​door de interactie van tegengestelde stromen in het bulkplasma via de beroemde Weibel-instabiliteit, op schalen die veel kleiner zijn dan de balken zelf. Het magnetische veld zou zich vervolgens verspreiden naar de macroscopische ruimte via een zogenaamde inverse cascade, op een 'bottom-up' manier.

In tegenstelling tot, het India-Japan-team laat zien dat het veld zijn oorsprong vindt bij de grens van de huidige bundel die zich op macroscopische lengteschalen bevindt en naar binnen beweegt naar kleinere schalen (van boven naar beneden). En de omvang van dit veld is veel groter dan die veroorzaakt door Weibel en andere instabiliteiten. Het team doopt het mechanisme dat leidt tot dit magnetische veld 'eindige bundelmechanisme' om de cruciale rol van de eindige grootte van de huidige bundel in deze modus aan te geven. Ze laten zien dat straling uit de randen van de stroom lekt, de bundel destabiliseert en het magnetische veld veroorzaakt. Er is duidelijk bewijs voor deze modus in hun laserexperimenten en computersimulaties.

Waarom is deze nieuwe modus de afgelopen decennia in alle computersimulaties gemist? De auteurs wijzen erop dat dit te wijten is aan de veronderstellingen van homogeniteit en oneindige omvang die kenmerkend zijn voor alle simulaties. Echter, echte fysieke systemen hebben grenzen en de fysica daar leidt tot verschillende interessante effecten - voorbeelden zijn de focussering van geladen deeltjes door de randvelden aan het einde van condensatorplaten, het beroemde Casimir-effect dat door kwantumeffecten tot aantrekking tussen de platen leidt, en het oppervlak dat elektromagnetische modi voortplant, bekend als oppervlakteplasmonen, vrij populair in nano-optica en nabije-veldmicroscopie.

Voorzichtigheid! Loop voorzichtig langs de rand...