Los científicos del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton PPPL y la Universidad de Princeton del Departamento de Energía de EE. UU. Han propuesto una solución innovadora a un misterio que ha intrigado a los físicos durante décadas. El problema es cómo la reconexión magnética, un proceso universal que se iniciaLas erupciones solares, la aurora boreal y las explosiones cósmicas de rayos gamma ocurren mucho más rápido de lo que la teoría dice que debería ser posible. La respuesta podría ayudar a pronosticar tormentas espaciales, explicar varios fenómenos astrofísicos de alta energía y mejorar el confinamiento del plasma en dispositivos magnéticos en forma de rosquilla.llamados tokamaks diseñados para obtener energía de la fusión nuclear.
La reconexión magnética se produce cuando las líneas de campo magnético incrustadas en un plasma, el gas caliente y cargado que constituye el 99 por ciento del universo visible, convergen, se rompen y se vuelven a conectar explosivamente. Este proceso se lleva a cabo en láminas delgadas en las quela corriente eléctrica está fuertemente concentrada
Según la teoría convencional, estas hojas pueden ser muy alargadas y restringir severamente la velocidad de las líneas de campo magnético que se unen y se separan, haciendo imposible la reconexión rápida. Sin embargo, la observación muestra que la reconexión rápida existe, contradiciendo directamente las predicciones teóricas.
Teoría detallada para la reconexión rápida
Ahora, los físicos de PPPL y la Universidad de Princeton han presentado una teoría detallada del mecanismo que conduce a la reconexión rápida. Su artículo, publicado en la revista Física de plasma en octubre, se enfoca en un fenómeno llamado "inestabilidad plasmoidea" para explicar el inicio del proceso de reconexión rápida. El apoyo para esta investigación proviene de la Fundación Nacional de Ciencias y la Oficina de Ciencia del DOE.
La inestabilidad plasmoidea, que divide las capas de corriente de plasma en pequeñas islas magnéticas llamadas plasmoides, ha generado un interés considerable en los últimos años como un posible mecanismo para una reconexión rápida. Sin embargo, la identificación correcta de las propiedades de la inestabilidad ha sido difícil de alcanzar.
El Física de plasma el trabajo aborda este tema crucial. Presenta "una teoría cuantitativa para el desarrollo de la inestabilidad plasmoidea en las láminas de corriente de plasma que puede evolucionar en el tiempo", dijo Luca Comisso, autora principal del estudio. Los coautores son Manasvi Lingam y Yi-Ming Huang de PPPL y Princeton, y Amitava Bhattacharjee, jefa del Departamento de Teoría de PPPL y profesora de ciencias astrofísicas de Princeton.
principio de Pierre de Fermat
El documento describe cómo la inestabilidad plasmoide comienza en una fase lineal lenta que atraviesa un período de inactividad antes de acelerar en una fase explosiva que desencadena un aumento dramático en la velocidad de reconexión magnética. Para determinar las características más importantes de esta inestabilidad,los investigadores adaptaron una variante del "principio del menor tiempo" del siglo XVII, originado por el matemático Pierre de Fermat.
El uso de este principio permitió a los investigadores derivar ecuaciones para la duración de la fase lineal, y para calcular la tasa de crecimiento y el número de plasmoides creados. Por lo tanto, este enfoque de menor tiempo condujo a una fórmula cuantitativa para el tiempo de inicio del ayunoreconexión magnética y la física detrás de esto.
El documento también produjo una sorpresa. Los autores descubrieron que tales relaciones no reflejan las leyes de poder tradicionales, en las cuales una cantidad varía como poder de otra. "Es común en todos los ámbitos de la ciencia buscar la existencia de leyes de poder,"Los investigadores escribieron." En contraste, encontramos que las relaciones de escala de la inestabilidad plasmoidea no son leyes de poder verdaderas, un resultado que nunca se ha derivado o predicho antes ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio de física de plasma de Princeton . Original escrito por John Greenwald. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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