Embora campos magnéticos intensos sejam gerados naturalmente por estrelas de nêutrons, pesquisadores têm se esforçado para alcançar resultados semelhantes por muitos anos. O estudante de graduação em engenharia mecânica e aeroespacial da UC San Diego, Tao Wang, demonstrou recentemente como um campo magnético extremamente forte, semelhante ao da superfície de uma estrela de nêutrons, pode ser não apenas gerado, mas também detectado usando um laser de raios-X dentro de um material sólido.

Wang realizou sua pesquisa com a ajuda de simulações conduzidas no supercomputador Comet no San Diego Supercomputer Center (SDSC), bem como Stampede and Stampede2 no Texas Advanced Computing Center (TACC). Todos os recursos fazem parte de um programa da National Science Foundation denominado Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE).

"As descobertas de Wang foram críticas para o objetivo geral do nosso estudo publicado recentemente de desenvolver uma compreensão fundamental de como vários feixes de laser de extrema intensidade interagem com a matéria, "disse Alex Arefiev, professor de engenharia mecânica e aeroespacial na Escola de Engenharia da UC San Diego Jacobs.

Wang, Arefiev, e seus colegas usaram várias grandes simulações tridimensionais, visualização remota, e pós-processamento de dados para completar seu estudo, que mostrou como um pulso de laser intenso é capaz de se propagar no material denso por causa de sua intensidade relativística.

Em outras palavras, conforme a velocidade dos elétrons se aproxima da velocidade da luz, sua massa se torna tão pesada que o alvo se torna transparente. Por causa da transparência, o pulso de laser empurra os elétrons para formar um forte campo magnético. Esta força é comparável à da superfície de uma estrela de nêutrons, que é pelo menos 100 milhões de vezes mais forte do que o campo magnético da Terra, e cerca de mil vezes mais forte do que o campo de ímãs supercondutores.

Os resultados foram publicados em um Física do Plasma artigo de jornal intitulado "Alvos estruturados para detecção de campos magnéticos no nível de Megatesla por meio da rotação de Faraday de feixes XFEL."

"Agora que completamos este estudo, estamos trabalhando em maneiras de detectar este tipo de campo magnético em uma instalação única chamada Laser Europeu de Elétrons de Raios-X Livre (XFEL), que engloba um acelerador de 3,4 quilômetros de comprimento que gera flashes de raios-X extremamente intensos para serem usados ​​por pesquisadores como nossa equipe, "explicou Arefiev.

Localizada em Schenefeld, Alemanha, o XFEL europeu é o local de trabalho da Toma Toncian, onde lidera o grupo de projeto de construção e comissionamento da linha de luz internacional Helmholtz para campos extremos no instrumento de densidade de alta energia. Ele também é co-autor do estudo publicado recentemente.

"A colaboração muito frutífera entre a UC San Diego e Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf está pavimentando o caminho para futuros experimentos de alto impacto, "disse Toncian." À medida que passamos hoje em dia da construção ao comissionamento e aos primeiros experimentos, as previsões teóricas de Tao Wang são oportunas e nos mostram como desenvolver ainda mais e explorar plenamente as capacidades de nosso instrumento. "

De acordo com Mingsheng Wei, um cientista sênior do Laboratório de Energética Laser da Universidade de Rochester e co-autor do artigo, "o design inovador do micro-canal explorado no trabalho de simulação pode ser demonstrado usando o novo material de espuma de polímero de baixa densidade que é apenas algumas vezes mais pesado do que o ar seco contido em tubos microestruturados."

"Como os conjuntos de dados resultantes de nossos experimentos usando XFEL são muito grandes, nossa pesquisa não teria sido possível em um desktop normal - não poderíamos ter concluído este estudo sem o uso de supercomputadores XSEDE, "disse Arefiev." Também somos muito gratos ao Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea por tornar este projeto possível. "

Arefiev disse que os esforços de uso do supercomputador de seu grupo contaram com a orientação de Amit Chourasia, Cientista de visualização sênior do SDSC, que ajudou a configurar ferramentas de visualização paralela remota para os pesquisadores.

"É fantástico trabalhar em conjunto com grupos de pesquisa e equipá-los com métodos poderosos, Ferramentas, e um plano de execução que, por sua vez, impulsiona suas pesquisas em um ritmo acelerado com a ajuda de HPC e visualização, somos gratos por desempenhar um papel na viabilização de novas descobertas, "disse Chourasia.