Une équipe de physiciens indiens et japonais a renversé la notion vieille de six décennies selon laquelle le champ magnétique géant dans un plasma produit par laser à haute intensité évolue à partir du petit, échelle nanométrique dans le plasma massif. Ils montrent qu'au lieu de cela, le champ provient en fait d'échelles macroscopiques définies par les limites du faisceau d'électrons qui se propage dans le plasma. Le nouveau mécanisme cherche à modifier notre compréhension des champs magnétiques dans les scénarios astrophysiques et la fusion laser et peut aider à la conception de la prochaine génération de sources de particules à haute énergie pour l'imagerie et les thérapies.

Champs magnétiques géants milliards de fois supérieur à celui de la Terre, exister dans le chaud, plasma dense dans les systèmes astrophysiques comme les étoiles à neutrons. L'électromagnétisme de base établi depuis l'époque d'Oersted et Faraday nous dit que c'est le courant dans un système qui provoque des champs magnétiques. Dans un plasma, il y a deux courants, un un se propageant vers l'avant et un opposé, courant d'atténuation induit par le courant direct lui-même. Si les courants sont égaux et se chevauchent dans l'espace, il n'y a pas de champ magnétique net. Cependant, de petites fluctuations dans le plasma peuvent les séparer et conduire à une instabilité qui augmente avec le temps. En effet, pendant des décennies, on a cru que les champs géants provenaient de l'interaction de courants opposés à l'intérieur du plasma en vrac via la célèbre instabilité de Weibel, à des échelles beaucoup plus petites que les faisceaux eux-mêmes. On dit alors que le champ magnétique se propage dans l'espace macroscopique via ce qu'on appelle une cascade inverse, d'une manière « ascendante ».

En revanche, l'équipe indo-japonaise montre que le champ provient en fait de la limite du faisceau de courant qui est à des échelles de longueur macroscopiques et se déplace vers l'intérieur à des échelles plus petites (de haut en bas). Et l'ampleur de ce champ est beaucoup plus grande que celle causée par Weibel et d'autres instabilités. L'équipe a baptisé le mécanisme conduisant à ce champ magnétique « mécanisme de faisceau fini » pour indiquer le rôle crucial de la taille finie du faisceau de courant dans ce mode. Ils montrent que le rayonnement s'échappe des bords du courant déstabilisant le faisceau et provoquant le champ magnétique. Il existe des preuves claires de ce mode dans leurs expériences laser et leurs simulations informatiques.