Magnetische herverbindingen in lasergeproduceerde plasma's zijn bestudeerd om de microscopische elektronendynamica te begrijpen, die van toepassing is op ruimte- en astrofysische verschijnselen. Onderzoekers van de Universiteit van Osaka hebben, in samenwerking met onderzoekers van het National Institute for Fusion Science en andere universiteiten, de directe metingen gerapporteerd van pure elektronenuitstromen die relevant zijn voor magnetische herverbinding met behulp van een krachtige laser, Gekko XII, aan het Institute of Laser Engineering, Osaka Universiteit in Japan. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

Magnetische herverbinding is een fundamenteel proces in veel ruimte- en astrofysische verschijnselen zoals zonnevlammen en magnetische substormen, waarbij de magnetische energie vrijkomt als plasma-energie. Het is bekend dat elektronendynamica een essentiële rol speelt in het triggermechanisme van magnetische herverbinding. Het was echter een grote uitdaging om de kleine verschijnselen op de elektronenschaal in het uitgestrekte heelal te observeren.

De onderzoekers hebben dus alleen-situatie-elektronen gecreëerd die direct zijn gekoppeld aan magnetische velden in lasergeproduceerde plasma's. De zogenaamde laboratoriumastrofysica geeft toegang tot het miniatuuruniversum.

"In ruimteplasma's verbergen de hoofdrolspelers zich soms op kleine schaal. Het is erg moeilijk om hun acties in grootschalige ruimteverschijnselen te zien, zelfs via geavanceerde numerieke simulaties", legt studieauteur Toseo Moritaka uit. "Nu kunnen laserexperimenten een nieuwe fase inrichten om licht te werpen op hun acties. De resultaten zullen verschillende observaties en simulaties overbruggen vanuit macroscopisch en microscopisch oogpunt."

Door gebruik te maken van collectieve Thomson-verstrooiingsmetingen, is voor het eerst de zuivere elektronenuitstroom die gepaard gaat met de magnetische herverbinding op elektronenschaal gemeten in lasergeproduceerde plasma's.

"De resultaten van dit onderzoek zijn niet alleen van toepassing op ruimte- en astrofysische plasma's, maar ook op magnetische voortstuwing van ruimtevaartuigen en ook fusieplasma's", legt hoofdauteur Yasuhiro Kuramitsu uit.

"Microscopische elektronendynamica regelt macroscopische verschijnselen, zoals magnetische herverbindingen en botsingsloze schokken. Dit is een unieke en universele eigenschap van plasma, die niet wordt gezien in gewoon gas en vloeistof. Nu kunnen we dit in laboratoria aanpakken door directe lokale metingen van het plasma en magnetisch veld. We zullen al lang bestaande open problemen in het universum aanpakken door ze in laboratoria te modelleren. Als we de aard van plasma's kennen, kunnen we bijvoorbeeld fusieplasma realiseren." + Verder verkennen

Macroscopische verschijnselen beheerst door microscopische fysica