Si bien los campos magnéticos intensos son generados naturalmente por estrellas de neutrones, Los investigadores se han esforzado por lograr resultados similares durante muchos años. El estudiante graduado de ingeniería mecánica y aeroespacial de UC San Diego, Tao Wang, demostró recientemente cómo un campo magnético extremadamente fuerte, similar al de la superficie de una estrella de neutrones, no solo se puede generar, sino también detectar mediante un láser de rayos X dentro de un material sólido.

Wang llevó a cabo su investigación con la ayuda de simulaciones realizadas en la supercomputadora Comet en el San Diego Supercomputer Center (SDSC), así como en Stampede y Stampede2 en el Texas Advanced Computing Center (TACC). Todos los recursos son parte de un programa de la National Science Foundation llamado Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE).

"Los hallazgos de Wang fueron fundamentales para el objetivo general de nuestro estudio recientemente publicado de desarrollar una comprensión fundamental de cómo múltiples rayos láser de intensidad extrema interactúan con la materia, "dijo Alex Arefiev, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego.

Wang, Arefiev, y sus colegas utilizaron múltiples simulaciones tridimensionales grandes, visualización remota, y posprocesamiento de datos para completar su estudio, que mostró cómo un intenso pulso de láser puede propagarse en el material denso debido a su intensidad relativista.

En otras palabras, a medida que la velocidad de los electrones se acerca a la velocidad de la luz, su masa se vuelve tan pesada que el objetivo se vuelve transparente. Por la transparencia, el pulso láser empuja a los electrones para formar un fuerte campo magnético. Esta fuerza es comparable a la de la superficie de una estrella de neutrones, que es al menos 100 millones de veces más fuerte que el campo magnético de la Tierra, y unas mil veces más fuerte que el campo de los imanes superconductores.

Los hallazgos fueron publicados en un Física del Plasma artículo de revista titulado "Objetivos estructurados para la detección de campos magnéticos de nivel megatesla a través de la rotación de Faraday de los haces XFEL".

"Ahora que hemos completado este estudio, Estamos trabajando en formas de detectar este tipo de campo magnético en una instalación única llamada Láser Europeo de Electrones Libres de Rayos X (XFEL). que engloba un acelerador de 3,4 kilómetros de largo que genera destellos de rayos X extremadamente intensos para ser utilizados por investigadores como nuestro equipo, "explicó Arefiev.

Ubicado en Schenefeld, Alemania, el XFEL europeo es el lugar de trabajo de Toma Toncian, donde dirige la construcción del grupo de proyectos y la puesta en servicio de la línea de haz internacional Helmholtz para campos extremos en el instrumento de alta densidad de energía. También es coautor del estudio publicado recientemente.

"La fructífera colaboración entre UC San Diego y Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf está allanando el camino hacia futuros experimentos de alto impacto, "dijo Toncian." Ahora que pasamos de la construcción a la puesta en servicio y los primeros experimentos, las predicciones teóricas de Tao Wang son oportunas y nos muestran cómo desarrollar aún más y explotar plenamente las capacidades de nuestro instrumento ".

Según Mingsheng Wei, científico principal del Laboratorio de Energética Láser de la Universidad de Rochester y coautor del artículo, "El innovador diseño de objetivo de microcanal explorado en el trabajo de simulación se pudo demostrar utilizando el novedoso material de espuma de polímero de baja densidad que es solo unas pocas veces más pesado que el aire seco contenido en tubos microestructurados".

"Debido a que los conjuntos de datos resultantes de nuestros experimentos con XFEL son muy grandes, nuestra investigación no hubiera sido posible en un escritorio normal; no podríamos haber completado este estudio sin el uso de supercomputadoras XSEDE, ", dijo Arefiev." También estamos muy agradecidos con la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea por hacer posible este proyecto ".

Arefiev dijo que los esfuerzos de uso de supercomputadoras de su grupo se basaron en la guía de Amit Chourasia, Científico senior de visualización de SDSC, que ayudó a configurar herramientas de visualización remota en paralelo para los investigadores.

"Es fantástico trabajar en conjunto con grupos de investigación y equiparlos con métodos potentes, instrumentos, y un plan de ejecución que a su vez impulse su investigación a un ritmo acelerado con la ayuda de HPC y visualización, estamos agradecidos de poder participar en la habilitación de nuevos descubrimientos, "dijo Chourasia.