Створення магнітних полів, що перевершують Зоряні, за допомогою лазера

Уявіть собі можливість створити магнітне поле, порівнянне за силою з полем навколо нейтронної зірки-об’єкта, де гравітація та магнітні сили досягають немислимих масштабів. Звучить як наукова фантастика? Нова технологія робить це можливим, використовуючи інноваційну схему, засновану на мікротрубочках з лопатями, оброблених лазером. Цей прорив обіцяє революцію в астрофізиці, квантових дослідженнях і розробці технологій термоядерного синтезу, відкриваючи доступ до небачених раніше рівнів магнітної інтенсивності.

Лазерний прорив у генерації магнітного поля: від теорії до реальності

Дослідники з університету Осаки представили новаторський метод генерації надсильних магнітних полів, використовуючи феномен лазерної імплозії мікротрубочок, оснащених внутрішньою лопатевою структурою. Їх робота дозволяє створювати магнітні поля, які наближаються до мегатесл-це справжній прорив в області науки про високоінтенсивної плазмі з потужними полями. До цього, такі рівні магнітного поля існували лише в теорії, здавалося, недосяжні в лабораторних умовах.

Як працює Імплозія мікротрубочок з лопатями (ІМТ)?

Технологія, що отримала назву імплозії мікротрубочок з лопатями (BMI), заснована на впливі надпотужних фемтосекундних лазерних імпульсів на циліндричну мішень з пилкоподібними внутрішніми лопатями. Ці лопаті змушують плазму, що утворилася в результаті впливу лазера, асиметрично завихрюватися, створюючи циркулюючі струми поблизу центру мішені. Ці струми, в свою чергу, формують інтенсивне осьове магнітне поле. Найдивовижніше, що поле генерується самопідтримуваним механізмом, що перевищує 500 кілотесла-і це лише початок.Поле створюється” з нуля”, без необхідності використання зовнішнього поля-затравки.

Ефект зворотного зв’язку: ключ до генерації екстремальних полів

На відміну від традиційних методів магнітного стиснення, заснованих на посиленні вже існуючого поля, BMI використовує унікальний механізм зворотного зв’язку. Потоки заряджених частинок-іонів і електронів – посилюють магнітне поле, яке, в свою чергу, ще щільніше пов’язує ці потоки, створюючи самоподдерживающийся цикл.Поки мішень зберігає структури, що порушують циліндричну симетрію, створення потужного магнітного поля можливо.Цей ефект дозволяє генерувати рівні поля, недосяжні за допомогою інших методів.

Підключення лабораторії та космосу: нові можливості для науки

“Цей підхід надає безпрецедентну можливість створювати і вивчати екстремальні магнітні поля в компактному і контрольованому форматі,” – коментує професор Масакацу Муракамі. “Це створює експериментальний міст між лабораторною плазмою та реаліями астрофізичного Всесвіту.”

Сфери застосування: перспективи на горизонті

Нова технологія відкриває двері для широкого спектру застосувань:

  • Лабораторна астрофізика:Імітація намагнічених струменів і надр зірок, що дозволить глибше зрозуміти процеси, що відбуваються в самих екстремальних астрофізичних об’єктах.
  • Лазерний синтез:Розробка поліпшених схем швидкого займання протонних пучків, що є ключовим кроком на шляху до створення ефективного термоядерного синтезу.
  • Квантова електродинаміка з високим полем (кед):Дослідження нелінійних квантових явищ, які можуть призвести до нових відкриттів у фундаментальній фізиці.

Математичне моделювання: від EPOCH до SQUID

Команда дослідників використовувала для моделювання повністю релятивістське програмне забезпечення EPOCH, що працює на суперкомп’ютері SQUID в університеті Осаки. Також була розроблена допоміжна аналітична модель для виявлення фундаментальних законів масштабування та визначення оптимальних стратегій управління процесом. Результати моделювання підтверджують потенціал технології та відкривають шлях для подальших досліджень.

Посилання та фінансування

Посилання:“Генерація магнітного поля в гігагаусах при імплозії лопатевих мікротрубок”, Д. паном та м.Муракамі, 14 липня 2025 р., фізика плазми.

DOI:10.1063/5.0275006

Фінансування:Японське ТОВАРИСТВО СПРИЯННЯ РОЗВИТКУ науки (JSPS) , Kansai Electric Power Company (KEPCO)