Fizicienii au surprins protoni „surfând” pe unde de șoc

Protonii pot naviga pe niște valuri cu adevărat noduroase.

Un nou experiment sugerează că particulele subatomice pot fi accelerate printr-un proces asemănător cu surferii care prind valurile. Protonii primesc o creștere a vitezei nu din cauza oceanelor, ci din undele de șoc din plasmă, un amestec de particule încărcate electric. Astfel de unde de șoc sunt perturbări asemănătoare boom-ului sonic, marcate de o creștere bruscă a densității, temperaturii și presiunii.

Cercetarea ar putea ajuta oamenii de știință să înțeleagă mai bine unele dintre particulele de înaltă energie care trec prin cosmos. Se crede că undele de șoc din spațiu propulsează particulele încărcate, dar încă nu este pe deplin înțeles cum își dobândesc particulele (SN: 11/12/20).

În experimentul, care a imitat anumite tipuri de unde de șoc cosmic, protonii au atins energii de până la 80.000 de electroni volți, raportează fizicienii pe 19 august. Fizica naturii. În spațiu, unde de șoc similare apar acolo unde fluxul de particule încărcate de la soare se întâlnește cu câmpul magnetic al Pământului, de exemplu, și, de asemenea, acolo unde acele particule încetinesc dramatic pe măsură ce se apropie de marginea sistemului solar, la ceea ce se numește șoc de terminare (SN: 10/4/13).

Oamenii de știință au folosit lasere puternice pentru a recrea fizica unor astfel de unde de șoc cosmic la o scară mai mică. În experiment, o explozie cu laser a vaporizat o țintă, trimițând o explozie de plasmă care se întinde într-un nor de hidrogen gazos. Pe măsură ce plasma trecea prin gaz, s-a format o undă de șoc, iar protonii din gaz s-au accelerat, au indicat măsurătorile.

Oamenii de știință au prezis că protonii ar putea fi accelerați printr-un proces numit accelerația șocului, care are loc în prezența unui câmp magnetic. O particulă este împinsă de câmpul electric al undei de șoc, iar câmpul magnetic ajută particula să mențină cursul. Dacă particula alunecă departe de unda de șoc, câmpul magnetic răsucește traiectoria particulei pentru a o întoarce la undă, astfel încât protonul să poată naviga din nou.

Desigur, nu există o astfel de întoarcere automată pentru surferii umani, spune Julien Fuchs de la CNRS și Laboratorul pentru Utilizarea Laserelor Intense, din Palaiseau, Franța. Păcat, gândește el: „Cred că le-ar plăcea asta”.

Totuși, măsurătorile singure nu au indicat dacă surfingul cu șoc a fost responsabil pentru accelerarea protonilor. „Provocarea este întotdeauna în interpretare, deci ce anume a cauzat această accelerare”, spune fizicianul plasmei Frederico Fiuza de la SLAC National Accelerator Laboratory din Menlo Park, California, care nu a fost implicat în cercetare.

Deci, Fuchs și colegii au creat simulări pe computer ale experimentului. Compararea simulărilor și a datelor reale sugerează că protonii navigau pe unda de șoc.

„Acesta este cu siguranță un rezultat interesant”, spune fizicianul plasmei Carolyn Kuranz de la Universitatea din Michigan din Ann Arbor. Ea spune că speră că cercetările suplimentare vor putea descoperi mai multe dovezi directe care nu se bazează pe simulări computerizate. „Este foarte promițător pentru lucrările viitoare.”