Le courant électrique est partout, de l'alimentation des maisons au contrôle du plasma qui alimente les réactions de fusion à la possibilité de créer de vastes champs magnétiques cosmiques. Maintenant, Des scientifiques du laboratoire de physique du plasma de Princeton (PPPL) du département américain de l'Énergie (DOE) ont découvert que les courants électriques peuvent se former de manière inconnue auparavant. Les nouvelles découvertes pourraient donner aux chercheurs une plus grande capacité à apporter l'énergie de fusion qui propulse le soleil et les étoiles sur Terre.

"Il est très important de comprendre quels processus produisent des courants électriques dans le plasma et quels phénomènes pourraient les interférer, " a déclaré Ian Ochs, étudiant diplômé du programme de physique des plasmas de l'Université de Princeton et auteur principal d'un article sélectionné comme article vedette dans Physique des plasmas . "Ils sont le principal outil que nous utilisons pour contrôler le plasma dans la recherche sur la fusion magnétique."

La fusion est le processus qui brise les éléments légers sous forme de plasma - le chaud, état chargé de la matière composé d'électrons libres et de noyaux atomiques, générant des quantités massives d'énergie. Les scientifiques cherchent à reproduire la fusion pour une réserve d'énergie pratiquement inépuisable pour produire de l'électricité.

Les courants inattendus surviennent dans le plasma au sein d'installations de fusion en forme de beignet connues sous le nom de tokamaks. Les courants se développent lorsqu'un type particulier d'onde électromagnétique, comme celles qu'émettent les radios et les fours à micro-ondes, se forme spontanément. Ces ondes poussent certains des électrons déjà en mouvement, "qui surfent sur la vague comme des surfeurs sur une planche de surf, " dit Ochs.

Mais les fréquences de ces ondes sont importantes. Lorsque la fréquence est élevée, l'onde fait avancer certains électrons et d'autres reculer. Les deux mouvements s'annulent et aucun courant ne se produit.

Cependant, quand la fréquence est basse, les ondes poussent en avant sur les électrons et en arrière sur les noyaux atomiques, ou des ions, créer un courant électrique net après tout. Ochs a découvert que les chercheurs pouvaient étonnamment créer ces courants lorsque l'onde basse fréquence était un type particulier appelé « onde acoustique ionique » qui ressemble à des ondes sonores dans l'air.

L'importance de cette découverte s'étend de l'échelle relativement petite du laboratoire à la vaste échelle du cosmos. "Il existe des champs magnétiques dans tout l'univers à différentes échelles, y compris la taille des galaxies, et on ne sait pas vraiment comment ils sont arrivés là, " a déclaré Ochs. " Le mécanisme que nous avons découvert aurait pu aider à ensemencer les champs magnétiques cosmiques, et tout nouveau mécanisme capable de produire des champs magnétiques est intéressant pour la communauté astrophysique. »

Les résultats des calculs au crayon et au papier consistent en des expressions mathématiques qui donnent aux scientifiques la possibilité de calculer comment ces courants, qui se produisent sans que les électrons interagissent directement, développer et grandir. "La formulation de ces expressions n'était pas simple, " a déclaré Ochs. "Nous avons dû condenser les résultats afin qu'ils soient suffisamment clairs et utilisent des expressions simples pour capturer la physique clé."

Les résultats approfondissent la compréhension d'un phénomène physique de base et étaient également inattendus. Ils semblent contredire la notion conventionnelle selon laquelle les entraînements actuels nécessitent des collisions d'électrons, dit Ochs.

"La question de savoir si les ondes peuvent entraîner un courant dans le plasma est en fait très profonde et concerne les interactions fondamentales des ondes dans le plasma, " dit Nathaniel Fisch, un co-auteur de l'article, professeur et président associé du Département des sciences astrophysiques, et directeur du programme de physique des plasmas. "Qu'est-ce qu'Ochs a dérivé en magistral, mode didactique, avec une rigueur mathématique, n'était pas seulement comment ces effets sont parfois équilibrés, mais aussi comment ces effets conspirent parfois pour permettre la formation de courants électriques nets."

Ces résultats jettent les bases de futures recherches. "Ce qui m'excite particulièrement, " Fisch a dit, "est-ce le formalisme mathématique qu'Ochs a construit, ainsi que les intuitions physiques et les intuitions qu'il a acquises, le mettent maintenant en mesure soit de contester, soit de poser des bases solides sur un comportement encore plus curieux dans les interactions des ondes avec les particules résonantes dans le plasma."