En todo el universo Las ondas de choque supersónicas impulsan los rayos cósmicos y las partículas de supernova a velocidades cercanas a la velocidad de la luz. La energía más alta de estos choques astrofísicos ocurre demasiado lejos del sistema solar para ser estudiada en detalle y ha desconcertado a los astrofísicos durante mucho tiempo. Los choques más cercanos a la Tierra pueden ser detectados por naves espaciales, pero vuelan demasiado rápido para sondear la formación de una ola.

Abriendo la puerta a un nuevo entendimiento

Ahora, un equipo de científicos ha generado las primeras ondas de choque de alta energía en un entorno de laboratorio, abriendo la puerta a una nueva comprensión de estos misteriosos procesos. "Hemos desarrollado por primera vez una plataforma para estudiar los choques de alta energía con mayor flexibilidad y control de lo que es posible con las naves espaciales, "dijo Derek Schaeffer, un físico de la Universidad de Princeton y del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), y autor principal de un artículo de julio en Cartas de revisión física que describe los experimentos.

Schaeffer y sus colegas llevaron a cabo su investigación en la instalación de láser Omega EP en el Laboratorio de Energía Láser de la Universidad de Rochester. En el proyecto colaboró ​​el físico de PPPL Will Fox, quien diseñó el experimento, e investigadores de Rochester y las universidades de Michigan y New Hampshire. "Esto le permite comprender la evolución de los procesos físicos que ocurren dentro de las ondas de choque, "Dijo Fox sobre la plataforma.

Para producir la ola Los científicos utilizaron un láser para crear un plasma de alta energía, una forma de materia compuesta de átomos y partículas atómicas cargadas, que se expandió hasta convertirse en un plasma magnetizado preexistente. La interacción creada en unas mil millonésimas de segundo, una onda de choque magnetizada que se expandió a una velocidad de más de 1 millón de millas por hora, congruente con los choques más allá del sistema solar. La velocidad rápida representó un alto "número de Mach magnetosónico" y la onda fue "sin colisiones, "emulando los choques que ocurren en el espacio exterior, donde las partículas están demasiado separadas para colisionar con frecuencia.

Descubrimiento por accidente

El descubrimiento de este método de generar ondas de choque en realidad se produjo por accidente. Los físicos habían estado estudiando la reconexión magnética, el proceso en el que las líneas del campo magnético en plasma convergen, separarse y reconectarse enérgicamente. Para investigar el flujo de plasma en el experimento, Los investigadores instalaron un nuevo diagnóstico en la instalación láser de Rochester. Para su sorpresa, el diagnóstico reveló un fuerte aumento de la densidad del plasma, que señaló la formación de una onda de choque de alto número de Mach.

Para simular los hallazgos, los investigadores ejecutaron un código de computadora llamado "PSC" en la supercomputadora Titan, la computadora más poderosa de EE. UU., ubicado en el Centro de Computación de Liderazgo de Oak Ridge del DOE. La simulación utilizó datos derivados de los experimentos y los resultados del modelo coincidieron bien con las imágenes de diagnóstico de la formación del choque.

Avanzando, la plataforma del laboratorio permitirá nuevos estudios de la relación entre los choques sin colisión y la aceleración de partículas astrofísicas. La plataforma "complementa las observaciones actuales de sensores remotos y naves espaciales, "escribieron los autores, y "abre el camino para investigaciones de laboratorio controladas de choques de alto número de Mach".