Que ce soit en passant à travers une étoile ou un appareil de fusion sur Terre, les particules chargées électriquement qui composent le quatrième état de la matière mieux connu sous le nom de plasma sont liées à des lignes de champ magnétique comme des perles sur une ficelle. Malheureusement pour les physiciens des plasmas qui étudient ce phénomène, les lignes de champ magnétique manquent souvent de formes simples que les équations peuvent facilement modéliser. Souvent, ils se tordent et se nouent comme des bretzels. Parfois, lorsque les lignes deviennent particulièrement tordues, ils se séparent et se rejoignent, éjectant des gouttes de plasma et d'énormes quantités d'énergie.

Maintenant, les découvertes d'une équipe internationale de scientifiques dirigée par le laboratoire de physique des plasmas de Princeton du département de l'Énergie des États-Unis (DOE) montrent que les champs magnétiques torsadés ne peuvent évoluer que de plusieurs manières, avec le plasma à l'intérieur suivant une règle générale. Tant qu'il y a une pression élevée à l'extérieur du plasma pressant vers l'intérieur, le plasma prendra spontanément un beignet, ou tore, forme et ballon dans une direction horizontale. Cependant, l'expansion vers l'extérieur est limitée par la quantité moyenne de torsion dans le plasma, une qualité connue sous le nom d'« hélicité ».

"L'hélicité empêche la configuration de s'effondrer et l'oblige à évoluer vers cette auto-organisée, structure tordue, " dit Christophe Smiet, un physicien à PPPL et auteur principal de l'article rapportant les résultats dans le Journal de physique des plasmas .

Les résultats s'appliquent à toute la gamme des phénomènes plasma et peuvent donner un aperçu du comportement des nuages ​​magnétiques, d'énormes masses de plasma émises par le soleil qui peuvent se dilater et entrer en collision avec le propre champ magnétique de la Terre. Sous forme douce, les collisions provoquent les aurores boréales. Si assez puissant, ces collisions peuvent perturber le fonctionnement des satellites et interférer avec les téléphones portables, systèmes de positionnement global, et les signaux de radio et de télévision.

« Comme les effets sont en partie causés par des propriétés topologiques telles que la liaison et la torsion qui ne sont pas affectées par la forme ou la taille, les résultats s'appliquent à la fois aux panaches de plasma de l'espace extra-atmosphérique de plusieurs milliers d'années-lumière et aux structures d'un centimètre de long dans les installations de fusion liées à la Terre, " dit Smiet.

De plus, "en étudiant le champ magnétique dans ce cadre plus général, nous pouvons apprendre de nouvelles choses sur les processus d'auto-organisation au sein des tokamaks et les instabilités qui interfèrent avec eux, " dit Smiet.

Les futurs plans de recherche de Smiet impliquent d'étudier les changements dans la liaison et les connexions des lignes de champ dans les tokamaks au cours de deux types d'instabilités plasmatiques qui peuvent entraver les réactions de fusion. "C'est fascinant ce que l'on peut apprendre en étudiant comment se dénouent les nœuds, " dit Smiet.

L'équipe de recherche comprenait des scientifiques de l'Université de Leiden, l'Institut néerlandais de recherche fondamentale sur l'énergie, et l'Université de Californie-Santa Barbara. Cette recherche a été soutenue par le Département américain de l'énergie (Fusion Energy Sciences) et le programme Rubicon qui est en partie financé par l'Organisation néerlandaise pour la recherche scientifique.