A corrente elétrica está em toda parte, desde alimentar casas até controlar o plasma que alimenta as reações de fusão e possivelmente dar origem a vastos campos magnéticos cósmicos. Agora, Cientistas do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) descobriram que as correntes elétricas podem se formar de maneiras antes desconhecidas. As novas descobertas podem dar aos pesquisadores maior capacidade de trazer a energia de fusão que impulsiona o Sol e as estrelas para a Terra.

“É muito importante entender quais processos produzem correntes elétricas no plasma e quais fenômenos podem interferir nelas, "disse Ian Ochs, estudante de pós-graduação no Programa de Física do Plasma da Universidade de Princeton e autor principal de um artigo selecionado como artigo apresentado em Física dos Plasmas . "Eles são a principal ferramenta que usamos para controlar o plasma na pesquisa de fusão magnética."

A fusão é o processo que esmaga os elementos leves na forma de plasma - o quente, estado carregado de matéria composta de elétrons livres e núcleos atômicos - gerando grandes quantidades de energia. Os cientistas estão tentando replicar a fusão para um suprimento virtualmente inesgotável de energia para gerar eletricidade.

As correntes inesperadas surgem no plasma dentro de instalações de fusão em forma de donut conhecidas como tokamaks. As correntes se desenvolvem quando um tipo particular de onda eletromagnética, como aqueles emitidos por rádios e fornos de microondas, se forma espontaneamente. Essas ondas empurram alguns dos elétrons já em movimento, "que surfam na onda como surfistas em uma prancha de surfe, "disse Ochs.

Mas as frequências dessas ondas são importantes. Quando a frequência é alta, a onda faz com que alguns elétrons se movam para a frente e outros para trás. Os dois movimentos se cancelam e nenhuma corrente ocorre.

Contudo, quando a frequência é baixa, as ondas empurram os elétrons para frente e para trás nos núcleos atômicos, ou íons, criando uma corrente elétrica líquida afinal. Ochs descobriu que os pesquisadores podiam criar essas correntes de forma surpreendente quando a onda de baixa frequência era um tipo específico chamado "onda acústica iônica", que se assemelha às ondas sonoras no ar.

O significado dessa descoberta se estende da escala relativamente pequena do laboratório à vasta escala do cosmos. "Existem campos magnéticos em todo o universo em diferentes escalas, incluindo o tamanho das galáxias, e nós realmente não sabemos como eles chegaram lá, "Ochs disse." O mecanismo que descobrimos poderia ter ajudado a semear campos magnéticos cósmicos, e quaisquer novos mecanismos que possam produzir campos magnéticos são interessantes para a comunidade astrofísica. "

Os resultados dos cálculos feitos com lápis e papel consistem em expressões matemáticas que dão aos cientistas a capacidade de calcular como essas correntes, que ocorrem sem os elétrons interagindo diretamente, desenvolver e crescer. "A formulação dessas expressões não foi direta, "Ochs disse." Tivemos que condensar as descobertas para que fossem suficientemente claras e usassem expressões simples para capturar a física chave. "

Os resultados aprofundam a compreensão de um fenômeno físico básico e também são inesperados. Eles parecem contradizer a noção convencional de que as unidades de corrente requerem colisões de elétrons, Ochs disse.

"A questão de saber se as ondas podem conduzir qualquer corrente no plasma é realmente muito profunda e vai para as interações fundamentais das ondas no plasma, "disse Nathaniel Fisch, um co-autor do artigo, professor e presidente associado do Departamento de Ciências Astrofísicas, e diretora do Programa de Física dos Plasmas. "O que Ochs derivou em magistral, moda didática, com rigor matemático, não era apenas como esses efeitos às vezes são equilibrados, mas também como esses efeitos às vezes conspiram para permitir a formação de correntes elétricas líquidas. "

Essas descobertas estabelecem as bases para pesquisas futuras. "O que me excita especialmente, "Fisch disse, "é que o formalismo matemático que Ochs construiu, junto com as intuições físicas e percepções que ele adquiriu, agora o coloque em uma posição para desafiar ou colocar em uma base firme um comportamento ainda mais curioso nas interações de ondas com partículas ressonantes no plasma. "