Los láseres que generan plasma pueden proporcionar información sobre las explosiones de partículas subatómicas que ocurren en el espacio profundo, los científicos han encontrado. Tales hallazgos podrían ayudar a los científicos a comprender los rayos cósmicos, llamaradas solares y erupciones solares:emisiones del sol que pueden interrumpir el servicio de telefonía celular y destruir las redes eléctricas de la Tierra.
Los físicos han observado durante mucho tiempo que partículas como los electrones y los núcleos atómicos pueden acelerar a velocidades extremadamente altas en el espacio. Los investigadores creen que los procesos asociados con el plasma, el cuarto estado caliente de la materia en el que los electrones se han separado de los núcleos atómicos, podría ser responsable. Algunos modelos teorizan que la reconexión magnética, que tiene lugar cuando las líneas del campo magnético en el plasma se separan y se vuelven a conectar, liberando grandes cantidades de energía, podría causar la aceleración.
Abordar este problema, un equipo de investigadores dirigido por Will Fox, físico en el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), Recientemente utilizó láseres para crear condiciones que imitan el comportamiento astrofísico. La técnica de laboratorio permite el estudio de plasma similar al del espacio exterior en un entorno controlado y reproducible. "Queremos reproducir el proceso en miniatura para realizar estas pruebas, "dijo Fox, autor principal de la investigación publicada en la revista Física de Plasmas .
El equipo utilizó un programa de simulación llamado Código de simulación de plasma (PSC) que rastrea las partículas de plasma en un entorno virtual. donde actúan sobre ellos campos eléctricos y magnéticos simulados. El código se originó en Alemania y fue desarrollado por Fox y sus colegas de la Universidad de New Hampshire antes de unirse a PPPL. Los investigadores realizaron las simulaciones en la supercomputadora Titan en la instalación de computación de liderazgo de Oak Ridge, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE, en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, a través del programa Innovative and Novel Computational Impact on Theory and Experiment (INCITE) del DOE.
Las simulaciones se basan en la investigación de Fox y otros científicos que establecen que los plasmas creados con láser pueden facilitar el estudio de los procesos de aceleración. En las nuevas simulaciones, Tales plasmas burbujean hacia afuera y chocan entre sí, activando la reconexión magnética. Estas simulaciones también sugieren dos tipos de procesos que transfieren energía desde el evento de reconexión a las partículas.
Durante un proceso, conocida como aceleración de Fermi, las partículas obtienen energía a medida que rebotan hacia adelante y hacia atrás entre los bordes exteriores de dos burbujas de plasma convergentes. En otro proceso llamado aceleración de línea X, la energía se transfiere a las partículas cuando interactúan con los campos eléctricos que surgen durante la reconexión.
Fox y el equipo ahora planean realizar experimentos físicos que replican las condiciones en las simulaciones utilizando tanto la instalación láser OMEGA en el Laboratorio de Energía Láser de la Universidad de Rochester como la Instalación Nacional de Ignición en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore del DOE. "Estamos tratando de ver si podemos obtener la aceleración de las partículas y observar las partículas energizadas de forma experimental, "Dijo Fox.
