Lasers que geram plasma podem fornecer informações sobre explosões de partículas subatômicas que ocorrem no espaço profundo, cientistas descobriram. Essas descobertas podem ajudar os cientistas a entender os raios cósmicos, explosões solares e erupções solares - emissões do sol que podem interromper o serviço de telefonia celular e interromper as redes de energia na Terra.
Os físicos observaram há muito tempo que partículas como elétrons e núcleos atômicos podem acelerar a velocidades extremamente altas no espaço. Os pesquisadores acreditam que os processos associados ao plasma, o quarto estado quente da matéria em que os elétrons se separaram dos núcleos atômicos, pode ser responsável. Alguns modelos teorizam que a reconexão magnética, que ocorre quando as linhas do campo magnético no plasma se separam e se reconectam, liberando grandes quantidades de energia, pode causar a aceleração.
Resolvendo este problema, uma equipe de pesquisadores liderada por Will Fox, físico do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE), recentemente usaram lasers para criar condições que imitam o comportamento astrofísico. A técnica de laboratório permite o estudo de plasma semelhante ao espaço sideral em um ambiente controlado e reproduzível. “Queremos reproduzir o processo em miniatura para realizar esses testes, "disse Fox, autor principal da pesquisa publicada na revista Física dos Plasmas .
A equipe usou um programa de simulação chamado Plasma Simulation Code (PSC) que rastreia partículas de plasma em um ambiente virtual, onde eles são atuados por campos magnéticos e elétricos simulados. O código se originou na Alemanha e foi desenvolvido por Fox e colegas da Universidade de New Hampshire antes de ele ingressar na PPPL. Os pesquisadores conduziram as simulações no supercomputador Titan no Oak Ridge Leadership Computing Facility, um DOE Office of Science User Facility, no Oak Ridge National Laboratory, por meio do programa Impacto Computacional Inovador e Novo do DOE na Teoria e Experimento (INCITE).
As simulações são baseadas em pesquisas de Fox e outros cientistas, estabelecendo que plasmas criados a laser podem facilitar o estudo dos processos de aceleração. Nas novas simulações, esses plasmas borbulham para fora e colidem uns com os outros, desencadear a reconexão magnética. Essas simulações também sugerem dois tipos de processos que transferem energia do evento de reconexão para as partículas.
Durante um processo, conhecido como aceleração de Fermi, as partículas ganham energia à medida que saltam para frente e para trás entre as bordas externas de duas bolhas de plasma convergentes. Em outro processo chamado aceleração da linha X, a energia é transferida para as partículas conforme elas interagem com os campos elétricos que surgem durante a reconexão.
Fox e a equipe agora planejam conduzir experimentos físicos que reproduzam as condições nas simulações usando tanto a instalação de laser OMEGA no Laboratório de Energia a Laser da Universidade de Rochester e a Instalação Nacional de Ignição no Laboratório Nacional Lawrence Livermore do DOE. "Estamos tentando ver se podemos obter aceleração de partículas e observar as partículas energizadas experimentalmente, "Fox disse.
