Des scientifiques d'Inde et du Portugal ont recréé la turbulence solaire sur une table en utilisant une impulsion laser ultracourte de haute intensité pour exciter un plasma dense et suivi l'évolution du champ magnétique géant généré par la dynamique du plasma. Cela ouvre la possibilité d'étudier des phénomènes astrophysiques comme l'évolution des étoiles, dans le laboratoire.

La dynamique du champ magnétique turbulent qui explique les phénomènes astrophysiques comme l'évolution des étoiles n'a jusqu'à présent été obtenue que par des observations via des télescopes et des satellites. Maintenant, une équipe de scientifiques d'Inde et du Portugal ont recréé une telle turbulence magnétique sur une table en laboratoire, utilisant une impulsion laser ultracourte de haute intensité pour exciter un chaud, plasma dense sur une surface solide et a suivi l'évolution extrêmement rapide du champ magnétique géant généré par la dynamique du plasma. Cette étude révolutionnaire sera publiée dans Communication Nature le 30 juin.

La turbulence est partout, des tasses à thé aux tokamaks et des jets d'eau aux systèmes météorologiques, c'est quelque chose que nous voyons et expérimentons tous. Encore, même après des siècles d'études scientifiques sérieuses, la turbulence des fluides n'est toujours pas bien comprise. S'il est difficile de définir simplement la turbulence, il a de nombreuses fonctionnalités reconnaissables, les plus courantes étant les fluctuations de paramètres comme la vitesse et la pression, indiquant la randomisation du flux.

Les turbulences ne sont pas toutes mauvaises et destructrices, malgré des phénomènes comme la turbulence de l'air sur un vol par mauvais temps. Une bonne caractéristique est qu'il permet un mélange beaucoup plus rapide que possible avec seulement la normale, diffusion lente. Par exemple, le sucre ajouté à une tasse de thé prendrait des heures ou des jours pour se disperser sans être dérangé, mais remuer rend le thé turbulent, résultant en un mélange rapide au niveau moléculaire. La turbulence aide également à mélanger le carburant et l'oxygène pour une combustion efficace dans les moteurs.

Une grande partie de notre univers se compose de gaz hautement ionisé connu sous le nom de plasma, qui peut souvent être extrêmement chaud et tourbillonner à des vitesses inimaginables. La turbulence dans un plasma est beaucoup plus complexe que celle dans les fluides hydrodynamiques neutres. Dans un environnement plasma chargé, le chargé négativement, les électrons légers et les ions lourds positifs répondent à des échelles de durée et de temps très différentes. Le mouvement de ces espèces chargées est régi par des forces électromagnétiques et le flux de courant à travers la dynamique des particules de charge conduit à la génération de champ magnétique. Par conséquent, le caractère aléatoire des champs magnétiques imite souvent la turbulence des fluides dans les plasmas.

L'équipe de scientifiques à la tête de cette nouvelle étude a découvert que la turbulence dans le champ magnétique est initialement provoquée par les électrons (à un billionième de seconde) et que les ions interviennent et prennent le relais plus longtemps. C'est la première fois qu'une telle « course à relais » impliquant deux espèces différentes est entrevu. Plus loin, ces observations de laboratoire ressemblent étrangement aux données satellitaires sur les spectres de champ magnétique mesurés pour les plasmas astrophysiques turbulents dans le vent solaire, la photosphère solaire et la magnétogaine terrestre. Bien que dans l'expérience laser, les électrons du plasma soient initialement excités, la réponse ionique dominante qui se déclenche plus tard montre des caractéristiques spectrales similaires à celles des systèmes astro. Ces expérimentations établissent ainsi des liens clairs entre les deux scénarios, même si le moteur de la turbulence dans le plasma du laboratoire est très différent de celui du système astrophysique.