Экспериментальное устройство демонстрирует, как электронные пучки реконфигурируют структуру плазмы!⁠⁠

Впервые в истории науки южнокорейские ученые представили экспериментальное доказательство концепции "многомасштабной связи" в плазме, что означает, что взаимодействия между явлениями на микроскопическом и макроскопическом уровнях взаимно влияют друг на друга. Эти результаты могут существенно продвинуть исследования в области ядерного синтеза и углубить наше понимание Вселенной.

Плазма, часто называемая четвертым состоянием вещества, отличается от твердых, жидких и газообразных состояний. Это уникальное состояние образуется, когда газ нагревается до высоких температур, в результате чего электроны отделяются от атомов, образуя смесь свободно плавающих положительно и отрицательно заряженных частиц. Плазма является самым распространенным состоянием материи во Вселенной, и именно в ней происходят термоядерные реакции.

Доказательство многомасштабной связи долгое время оставалось сложной задачей для физиков плазмы. Однако в исследовании, опубликованном в журнале Nature, группа ученых под руководством доктора Чон Юн Парка из Сеульского национального университета и доктора Янг Дэ Юна из Азиатско-Тихоокеанского центра теоретической физики (APCTP) показала, как микроскопические явления могут вызывать макроскопические изменения, влияя на всю плазменную систему.

Для своих экспериментов исследователи использовали универсальный экспериментальный сферический тор (VEST) в Сеульском национальном университете. Они запустили два отдельных электронных пучка вдоль магнитных линий в трехмерной спиральной конфигурации, что привело к образованию двух нитей магнитного потока и вызвало микромагнитную турбулентность.

Полученные результаты показали, что эта микротурбулентность привела к процессу, известному как магнитное пересоединение, при котором силовые линии магнитного поля переконфигурировались, изменяя структуру плазмы.

"Наши результаты напрямую объясняют, как кинетические процессы, не связанные с магнитной гидродинамикой, протекают на различных масштабах, вызывая глобальные изменения в магнитной динамике", — отмечают исследователи в своей статье.

Команда также проверила и подтвердила свои выводы, выполнив моделирование частиц на суперкомпьютере в Корейском институте термоядерной энергетики.

Это открытие является значительным прорывом, так как ученые впервые продемонстрировали в лабораторных условиях, что изменения на уровне частиц могут оказывать влияние на общую структуру плазмы.

Результаты данного исследования имеют широкий спектр применения. Они могут помочь улучшить наше понимание космической погоды, поскольку магнитное пересоединение связано с взрывными явлениями, такими как солнечные вспышки и геомагнитные бури. Эти явления могут повредить спутники и энергосистемы на Земле, и более глубокое понимание этих процессов позволит ученым лучше моделировать и прогнозировать их.

Кроме того, данное исследование может сыграть ключевую роль в разработке стабильных технологий ядерного синтеза, что приблизит нас к созданию жизнеспособного источника чистой энергии.