Entre los temas intrigantes en la física del plasma están los púlsares de rayos X que rodean: estrellas colapsadas que orbitan alrededor de un compañero cósmico y emiten luz a intervalos regulares, como faros en el cielo. Los físicos quieren saber la fuerza del campo magnético ydensidad del plasma que rodea a estos púlsares, que puede ser millones de veces mayor que la densidad del plasma en estrellas como el sol.
Investigadores del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton PPPL del Departamento de Energía de EE. UU. DOE han desarrollado una teoría de las ondas de plasma que puede inferir estas propiedades con mayor detalle que en los enfoques estándar. La nueva investigación analiza el plasma que rodea al púlsar mediante el acoplamientoLa teoría de la relatividad de Einstein con mecánica cuántica, que describe el movimiento de partículas subatómicas como los núcleos atómicos o iones y los electrones en el plasma. La Oficina de Ciencias del DOE respalda este trabajo.
teoría cuántica de campos
La información clave proviene de la teoría cuántica de campos, que describe partículas cargadas que son relativistas, lo que significa que viajan a una velocidad cercana a la de la luz. "La teoría cuántica puede describir ciertos detalles de la propagación de ondas en el plasma", dijo Yuan Shi.estudiante de posgrado en el Programa de Princeton en Física del Plasma y autor principal de un artículo publicado el 29 de julio en la revista Revisión física A . Comprender las interacciones detrás de la propagación puede revelar la composición del plasma.
Shi desarrolló el artículo con la ayuda de los coautores Nat Fisch, director del Programa de Física del Plasma y profesor y presidente asociado de ciencias astrofísicas en la Universidad de Princeton, y Hong Qin, físico de PPPL y decano ejecutivo de la Escuela de Ciencias NuclearesCiencia y Tecnología en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China. "Cuando resolví las matemáticas me enseñaron cómo aplicarlas", dijo Shi.
En los púlsares, las partículas relativistas en la magnetosfera, la atmósfera magnetizada que rodea al cuerpo, absorben ondas de luz y esta absorción muestra picos contra un fondo de cuerpo negro. "La pregunta es, ¿qué significan estos picos?", Pregunta Shi. Análisis deLos picos con ecuaciones de la relatividad especial y la teoría cuántica de campos, descubrió, pueden determinar la densidad y la intensidad de campo de la magnetosfera.
Combinando técnicas de física
El proceso combina las técnicas de la física de alta energía, la física de la materia condensada y la física del plasma. En la física de altas energías, los investigadores utilizan la teoría cuántica de campos para describir la interacción de un puñado de partículas. En la física de la materia condensada, las personas utilizanmecánica para describir los estados de una gran colección de partículas. La física del plasma utiliza ecuaciones modelo para explicar el movimiento colectivo de millones de partículas. El nuevo método utiliza aspectos de las tres técnicas para analizar las ondas de plasma en los púlsares.
La misma técnica se puede utilizar para inferir la densidad del plasma y la fuerza del campo magnético creado por los experimentos de fusión por confinamiento inercial. Estos experimentos utilizan láseres para ablación o vaporización de un objetivo que contiene combustible de plasma. La ablación luegoprovoca una implosión que comprime el combustible en plasma y produce reacciones de fusión.
Las fórmulas estándar dan respuestas inconsistentes
Los investigadores quieren saber la densidad, la temperatura y la intensidad de campo precisas del plasma que crea este proceso. Las fórmulas matemáticas estándar dan respuestas inconsistentes cuando se utilizan láseres de diferentes colores para medir los parámetros del plasma. Esto se debe a la densidad extrema del plasmada lugar a efectos cuánticos, mientras que la alta densidad de energía del campo magnético da lugar a efectos relativistas, dice Shi. Por lo tanto, se necesitan formulaciones que se basen en ambos campos para conciliar los resultados.
Para Shi, la nueva técnica muestra los beneficios de combinar disciplinas de la física que no interactúan a menudo. Dice: "Unir campos da un poder tremendo para explicar cosas que antes no podíamos entender".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio de Física del Plasma de Princeton . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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