Reconnexion magnétique, un processus universel qui déclenche des éruptions solaires et des aurores boréales et peut perturber le service de téléphonie mobile et les expériences de fusion, se produit beaucoup plus rapidement que la théorie ne le dit. Des chercheurs du laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) du département américain de l'Énergie (DOE) et de l'institut allemand de physique des plasmas Max Planck ont ​​découvert une source d'accélération dans une forme commune de reconnexion. Leurs découvertes pourraient conduire à des prédictions plus précises des dommages causés par la météo spatiale et à des expériences de fusion améliorées.

La reconnexion se produit lorsque les lignes de champ magnétique dans le plasma - la collection d'atomes et d'électrons chargés et de noyaux atomiques, ou des ions, qui constituent 99% de l'univers visible - convergent et se séparent avec force. Les électrons qui exercent une pression variable constituent une partie importante de ce processus lors de la reconnexion.

L'équipe de recherche a découvert que la variation de la pression électronique se développe le long des lignes de champ magnétique dans la région en cours de reconnexion. Cette variation équilibre et empêche un fort courant électrique à l'intérieur du plasma de devenir incontrôlable et d'arrêter le processus de reconnexion. C'est cet équilibre qui permet une reconnexion rapide.

« Le principal problème que nous avons abordé est de savoir comment la reconnexion peut avoir lieu si rapidement, " dit Will Fox, auteur principal d'un article qui a détaillé les résultats en mars dans le journal Lettres d'examen physique . "Ici, nous avons montré expérimentalement comment la pression électronique accélère le processus."

L'équipe de physique a construit une image du gradient et d'autres paramètres de reconnexion à partir des recherches menées sur l'expérience de reconnexion magnétique (MRX) au PPPL, le premier appareil de laboratoire pour l'étude de la reconnexion. Les résultats ont marqué la première confirmation expérimentale des prédictions faites par des simulations antérieures effectuées par d'autres chercheurs sur le comportement des ions et des électrons lors de la reconnexion. "Les expériences démontrent comment le plasma peut maintenir un champ électrique important tout en empêchant un courant électrique important de s'accumuler et en arrêtant le processus de reconnexion, " dit Renard.

Parmi les applications potentielles des résultats :

• Prédictions de tempêtes spatiales. Reconnexion magnétique dans la magnétosphère, le champ magnétique qui entoure la Terre, peuvent déclencher des « sous-orages » géomagnétiques qui désactivent les communications et les satellites de positionnement global (GPS) et perturbent les réseaux électriques. Une meilleure compréhension de la reconnexion rapide peut aider à localiser les régions où le processus déclenchant les tempêtes est prêt à se produire.
• Atténuation de l'impact. L'avertissement avancé de la reconnexion et des perturbations qui peuvent s'ensuivre peut conduire à des mesures pour protéger les systèmes satellitaires et les réseaux électriques sensibles.
• Amélioration des performances de l'installation de fusion. Le processus observé dans MRX joue probablement un rôle clé dans la production de ce que l'on appelle des instabilités "en dents de scie" qui peuvent arrêter les réactions de fusion. Comprendre le processus pourrait ouvrir la porte à sa maîtrise et à la limitation de ces instabilités. « Comment les dents de scie se produisent si vite a été un mystère que cette recherche aide à expliquer, " dit Fox. " En fait, ce sont des simulations informatiques de collisions en dents de scie qui ont d'abord lié la pression électronique à la source de reconnexion rapide. »