Ya sea atravesando una estrella o un dispositivo de fusión en la Tierra, las partículas cargadas eléctricamente que componen el cuarto estado de la materia, más conocido como plasma, están unidas a líneas de campo magnético como cuentas en una cuerda. Desafortunadamente para los físicos del plasma que estudian este fenómeno, las líneas del campo magnético a menudo carecen de formas simples que las ecuaciones puedan modelar fácilmente. A menudo se retuercen y se anudan como pretzels. Algunas veces, cuando las líneas se vuelven particularmente retorcidas, se rompen y se vuelven a unir, expulsando gotas de plasma y enormes cantidades de energía.

Ahora, Los hallazgos de un equipo internacional de científicos dirigido por el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) muestran que los campos magnéticos retorcidos solo pueden evolucionar de muchas maneras, con el plasma en el interior siguiendo una regla general. Siempre que haya alta presión en el exterior del plasma presionando hacia adentro, el plasma tomará espontáneamente una rosquilla, o toro, forma y globo en una dirección horizontal. Sin embargo, la expansión hacia afuera está restringida por la cantidad promedio de torsión en el plasma, una cualidad conocida como "helicidad".

"La helicidad evita que la configuración se rompa y la obliga a evolucionar hacia esta autoorganización, estructura retorcida, "dice Christopher Smiet, físico de PPPL y autor principal del artículo que informa los resultados en el Revista de física del plasma .

Los hallazgos se aplican a toda la gama de fenómenos del plasma y pueden proporcionar información sobre el comportamiento de las nubes magnéticas. enormes masas de plasma emitidas por el sol que pueden expandirse y chocar con el propio campo magnético de la Tierra. En forma suave, las colisiones provocan las auroras boreales. Si es lo suficientemente poderoso, estas colisiones pueden interrumpir el funcionamiento de los satélites e interferir con los teléfonos móviles, sistemas de posicionamiento global, y señales de radio y televisión.

"Dado que los efectos se deben en parte a propiedades topológicas, como la unión y la torsión, que no se ven afectadas por la forma o el tamaño, los resultados se aplican tanto a columnas de plasma del espacio exterior de miles de años luz de largo como a estructuras de centímetros de largo en instalaciones de fusión con destino a la Tierra, "Dice Smiet.

Es más, "al estudiar el campo magnético en este marco más general, podemos aprender cosas nuevas sobre los procesos de autoorganización dentro de los tokamaks y las inestabilidades que interfieren con ellos, "Dice Smiet.

Los planes de investigación futuros de Smiet implican investigar los cambios en los enlaces y conexiones de las líneas de campo en los tokamaks durante dos tipos de inestabilidades del plasma que pueden dificultar las reacciones de fusión. "Es fascinante lo que puedes aprender cuando estudias cómo se deshacen los nudos, "Dice Smiet.

El equipo de investigación incluyó a científicos de la Universidad de Leiden, el Instituto Holandés de Investigación en Energía Fundamental, y la Universidad de California-Santa Bárbara. Esta investigación fue apoyada por el Departamento de Energía de EE. UU. (Fusion Energy Sciences) y el programa Rubicon que está financiado en parte por la Organización de los Países Bajos para la Investigación Científica.