Em um artigo publicado recentemente por Cartas de revisão física , uma equipe de pesquisadores, incluindo cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL), detalha as primeiras medições quantitativas da estrutura do campo magnético da filamentação do plasma impulsionada pela instabilidade de Weibel, usando uma nova técnica de espalhamento óptico de Thompson.

Esses experimentos estudam os processos responsáveis ​​pela formação de choques sem colisão, fenômenos que são observados em ambientes astrofísicos, como a expansão de explosões de supernovas no meio interestelar. As partículas dessas explosões e do meio interestelar estão em uma densidade muito baixa e podem viajar anos-luz sem colidir.

Contudo, o plasma é capaz de autogerar fortes campos magnéticos e elétricos. À medida que os fluxos de plasma passam uns pelos outros, eles se tornam suscetíveis à instabilidade de Weibel - uma instabilidade de plasma presente em alguns plasmas eletromagnéticos - fazendo com que os dois fluxos interpenetrantes se "filitem" e se agrupem em fluxos separados. Os campos magnéticos envolvem esses fluxos filamentados, aumentando o grau de filamentação.

O plasma amplifica esses campos magnéticos até que eles se tornem fortes o suficiente para girar completamente as partículas. Nesse ponto, o fluxo para e o choque sem colisão é formado. Os poderosos campos magnéticos associados ao choque têm outro efeito - seu movimento turbulento no plasma acelera as partículas carregadas a alta energia, produzindo raios cósmicos que podem ser observados na Terra. A instabilidade de Weibel é o elemento mais crítico no processo de formação de choque.

“O objetivo dos experimentos é investigar a dinâmica da instabilidade de Weibel, "disse George Swadling, Físico do LLNL e autor principal do artigo. "Embora os efeitos da filamentação tenham sido observados em experimentos anteriores usando radiografia de prótons, nenhuma medição direta foi feita da dinâmica do plasma. Essas medições diretas podem ser usadas para avaliar diretamente os modelos teóricos e numéricos, que são usados ​​para entender o crescimento e desenvolvimento desta instabilidade.

"Esses processos ocorrem em escalas muito pequenas para serem observadas em sistemas astrofísicos, então, os experimentos de laboratório fornecem a melhor oportunidade de testar os modelos teóricos, "acrescentou." Neste caso, fomos capazes de restringir o modelo usado para prever a força máxima dos campos magnéticos produzidos por este processo. "

Usando as instalações da OMEGA no Laboratório de Laser Energética da Universidade de Rochester, a equipe aqueceu pares de discos de berílio de 1 milimitro de diâmetro usando pulsos de laser de 1 nanossegundo. As superfícies aquecidas se expandiram, produzindo fluxos de plasma com velocidades de pico de 3,3 milhões de milhas por hora. Os pesquisadores colidiram os fluxos e estudaram o comportamento do plasma no centro de colisão usando o diagnóstico de espalhamento óptico Thomson. que mede a temperatura, densidade e velocidade dos fluxos de plasma, permitindo-lhes observar diretamente a formação dos filamentos de plasma devido à instabilidade de Weibel e medir a corrente e o campo magnético associado a esses filamentos.

"Uma enorme quantidade de trabalho teórico e de simulação foi realizado para entender como essa instabilidade se desenvolve e como ela pode formar choques e acelerar partículas. No entanto, a evidência experimental para testar essas teorias tem sido insuficiente. "Swadling disse." Nossos dados altamente quantitativos, portanto, representam uma das melhores oportunidades para testar os modelos teóricos e códigos de simulação usados ​​para prever esses fenômenos. "

Olhando para a frente, a equipe vai aplicar o que aprenderam nesta campanha para comparar a partícula em modelos celulares usados ​​para projetar experimentos e fazer mais medições quando a instabilidade se desenvolver ainda mais, permitindo-lhes observar a transição do plasma instável para o estado de choque totalmente formado.