Científicos del Departamento de energía (DOE) de EEUU, el laboratorio de física de Plasma de Princeton (PPPL) y la Universidad de Princeton han propuesto una innovadora solución a un misterio que ha desconcertado a los físicos durante décadas.
Físico Luca Comisso. Crédito: Elle Starkman/PPPL oficina de comunicaciones
La cuestión es cómo la reconexión magnética, un proceso universal que conjuntos de llamaradas solares, auroras boreales y explosiones de rayos gamma cósmicos, ocurre mucho más rápido de lo que dice la teoría que debería ser posible. La respuesta podría ayudar en los pronósticos de tormentas del espacio, explicar varios fenómenos astrofísicos de alta energía y mejorar el confinamiento del plasma en dispositivos magnéticos en forma de anillos llamados tokamaks diseñados para obtener energía de fusión nuclear.
La reconexión magnética ocurre cuando las líneas del campo magnético en un plasma, el gas caliente cargado que es el 99 por ciento del universo visible, convergen, se rompen aparte y explosivamente, y se vuelven a conectar. Este proceso tiene lugar en hojas finas, en el cual la corriente eléctrica se concentra fuertemente.
Según la teoría convencional, estas hojas pueden ser muy alargadas y limitan severamente la velocidad de las líneas del campo magnético que se juntan y luego se separan, imposibilitando la reconexión rápida. Sin embargo, la observación demuestra que la reconexión rápida existe, directamente contradiciendo las predicciones teóricas.
Detalles de la teoría para la reconexión rápida
Ahora, los físicos en PPPL y la Universidad de Princeton han presentado una teoría detallada del mecanismo que conduce a la reconexión rápida. Su trabajo, publicado en la revista Physics of Plasmas en octubre, se centra en un fenómeno llamado "inestabilidad plasmoide" para explicar el inicio del proceso de reconexión rápida. Apoyo para esta investigación proviene de la National Science Foundation y la oficina de ciencia DOE.
La inestabilidad plasmoide, rompe las hojas actuales del plasma en pequeñas islas magnéticas llamadas plasmoides, ha generado un interés considerable en los últimos años como un posible mecanismo para la reconexión rápida. Sin embargo, la correcta identificación de las propiedades de la inestabilidad ha sido esquivo.
El papel de Physics of Plasmas en las direcciones de este tema es crucial. Presenta "una teoría cuantitativa para el desarrollo de la inestabilidad plasmoide en hojas corriente de plasma que puede evolucionar en el tiempo" dijo Luca Comisso, principal autor del estudio. Los autores son Manasvi Lingam y Huang Yi-Ming de PPPL y Princeton y Amitava Bhattacharjee, jefe del Departamento teoría de PPPL y Princeton profesor de Ciencias de astrofísica.
Principio de Pierre de Fermat
El documento describe cómo la inestabilidad plasmoide comienza en una fase lineal lenta que pasa por un período de quietud 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 siglo XVII "el principio de tiempo mínimo" originada por el matemático Pierre de Fermat.
El uso de este principio le permitió a los investigadores derivar las ecuaciones para la duración de la fase lineal y para calcular la tasa de crecimiento y número de los plasmoides creados. Por lo tanto, este enfoque llevó menos tiempo a una fórmula cuantitativa para el tiempo de inicio de la reconexión magnética rápida y la física detrás de él.
El papel también produjo una sorpresa. Los autores encontraron que tales relaciones no reflejan leyes de la energía tradicional, en la que una cantidad varía como una potencia de otra. "Es común en todos los reinos de la ciencia buscar la existencia de leyes de la energía", escribieron los investigadores. "En contraste, encontramos que las relaciones de escalas de la inestabilidad de plasmoides no son leyes de la energía verdadera - un resultado que nunca ha sido derivado o predicho antes."
La reconexión magnética ocurre cuando las líneas del campo magnético en un plasma, el gas caliente cargado que es el 99 por ciento del universo visible, convergen, se rompen aparte y explosivamente, y se vuelven a conectar. Este proceso tiene lugar en hojas finas, en el cual la corriente eléctrica se concentra fuertemente.
Según la teoría convencional, estas hojas pueden ser muy alargadas y limitan severamente la velocidad de las líneas del campo magnético que se juntan y luego se separan, imposibilitando la reconexión rápida. Sin embargo, la observación demuestra que la reconexión rápida existe, directamente contradiciendo las predicciones teóricas.
Detalles de la teoría para la reconexión rápida
Ahora, los físicos en PPPL y la Universidad de Princeton han presentado una teoría detallada del mecanismo que conduce a la reconexión rápida. Su trabajo, publicado en la revista Physics of Plasmas en octubre, se centra en un fenómeno llamado "inestabilidad plasmoide" para explicar el inicio del proceso de reconexión rápida. Apoyo para esta investigación proviene de la National Science Foundation y la oficina de ciencia DOE.
La inestabilidad plasmoide, rompe las hojas actuales del plasma en pequeñas islas magnéticas llamadas plasmoides, ha generado un interés considerable en los últimos años como un posible mecanismo para la reconexión rápida. Sin embargo, la correcta identificación de las propiedades de la inestabilidad ha sido esquivo.
El papel de Physics of Plasmas en las direcciones de este tema es crucial. Presenta "una teoría cuantitativa para el desarrollo de la inestabilidad plasmoide en hojas corriente de plasma que puede evolucionar en el tiempo" dijo Luca Comisso, principal autor del estudio. Los autores son Manasvi Lingam y Huang Yi-Ming de PPPL y Princeton y Amitava Bhattacharjee, jefe del Departamento teoría de PPPL y Princeton profesor de Ciencias de astrofísica.
Principio de Pierre de Fermat
El documento describe cómo la inestabilidad plasmoide comienza en una fase lineal lenta que pasa por un período de quietud 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 siglo XVII "el principio de tiempo mínimo" originada por el matemático Pierre de Fermat.
El uso de este principio le permitió a los investigadores derivar las ecuaciones para la duración de la fase lineal y para calcular la tasa de crecimiento y número de los plasmoides creados. Por lo tanto, este enfoque llevó menos tiempo a una fórmula cuantitativa para el tiempo de inicio de la reconexión magnética rápida y la física detrás de él.
El papel también produjo una sorpresa. Los autores encontraron que tales relaciones no reflejan leyes de la energía tradicional, en la que una cantidad varía como una potencia de otra. "Es común en todos los reinos de la ciencia buscar la existencia de leyes de la energía", escribieron los investigadores. "En contraste, encontramos que las relaciones de escalas de la inestabilidad de plasmoides no son leyes de la energía verdadera - un resultado que nunca ha sido derivado o predicho antes."
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