Les lasers qui génèrent du plasma peuvent donner un aperçu des rafales de particules subatomiques qui se produisent dans l'espace lointain, les scientifiques ont trouvé. De telles découvertes pourraient aider les scientifiques à comprendre les rayons cosmiques, les éruptions solaires et les éruptions solaires - des émissions du soleil qui peuvent perturber le service de téléphonie cellulaire et endommager les réseaux électriques sur Terre.
Les physiciens ont longtemps observé que les particules comme les électrons et les noyaux atomiques peuvent accélérer à des vitesses extrêmement élevées dans l'espace. Les chercheurs pensent que les processus associés au plasma, le quatrième état chaud de la matière dans lequel les électrons se sont séparés des noyaux atomiques, pourrait être responsable. Certains modèles théorisent que la reconnexion magnétique, qui se produit lorsque les lignes de champ magnétique dans le plasma se séparent et se reconnectent, libérant de grandes quantités d'énergie, peut provoquer l'accélération.
En abordant ce problème, une équipe de chercheurs dirigée par Will Fox, physicien au Laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) du Département de l'énergie des États-Unis (DOE), ont récemment utilisé des lasers pour créer des conditions qui imitent le comportement astrophysique. La technique de laboratoire permet l'étude d'un plasma semblable à l'espace extra-atmosphérique dans un environnement contrôlé et reproductible. « Nous voulons reproduire le procédé en miniature pour réaliser ces tests, " dit Renard, auteur principal de la recherche publiée dans la revue Physique des plasmas .
L'équipe a utilisé un programme de simulation appelé Plasma Simulation Code (PSC) qui suit les particules de plasma dans un environnement virtuel, où ils sont sollicités par des champs magnétiques et électriques simulés. Le code est originaire d'Allemagne et a été développé par Fox et ses collègues de l'Université du New Hampshire avant qu'il ne rejoigne PPPL. Les chercheurs ont effectué les simulations sur le supercalculateur Titan de l'Oak Ridge Leadership Computing Facility, une installation utilisateur du DOE Office of Science, au Laboratoire national d'Oak Ridge, par le biais du programme INCITE (Innovative and Novel Computational Impact on Theory and Experiment) du DOE.
Les simulations s'appuient sur les recherches de Fox et d'autres scientifiques établissant que les plasmas créés par laser peuvent faciliter l'étude des processus d'accélération. Dans les nouvelles simulations, de tels plasmas bouillonnent vers l'extérieur et s'écrasent les uns sur les autres, déclenchement de la reconnexion magnétique. Ces simulations suggèrent également deux types de processus qui transfèrent l'énergie de l'événement de reconnexion aux particules.
Au cours d'un processus, connue sous le nom d'accélération de Fermi, les particules gagnent de l'énergie lorsqu'elles rebondissent entre les bords extérieurs de deux bulles de plasma convergentes. Dans un autre processus appelé accélération de la ligne X, l'énergie est transférée aux particules lorsqu'elles interagissent avec les champs électriques qui surviennent lors de la reconnexion.
Fox et l'équipe prévoient maintenant de mener des expériences physiques qui reproduisent les conditions des simulations en utilisant à la fois l'installation laser OMEGA du Laboratoire d'énergie laser de l'Université de Rochester et la National Ignition Facility du Lawrence Livermore National Laboratory du DOE. "Nous essayons de voir si nous pouvons obtenir une accélération des particules et observer expérimentalement les particules sous tension, " dit Renard.
