Les scientifiques ont découvert une nouvelle façon de classer les plasmas magnétisés qui pourraient éventuellement conduire à des progrès dans la récolte sur Terre de l'énergie de fusion qui alimente le soleil et les étoiles. La découverte par des théoriciens du Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) du département américain de l'Énergie (DOE) a révélé qu'un plasma magnétisé comporte 10 phases uniques et que les transitions entre elles pourraient avoir de riches implications pour le développement pratique.

Les limites spatiales, ou des transitions, entre les différentes phases supportera des excitations ondulatoires localisées, les chercheurs ont trouvé. "Ces découvertes pourraient conduire à des applications possibles de ces excitations exotiques dans les plasmas spatiaux et de laboratoire, " dit Yichen Fu, un étudiant diplômé à PPPL et auteur principal d'un article en Communication Nature qui décrit la recherche. "La prochaine étape consiste à explorer ce que ces excitations pourraient faire et comment elles pourraient être utilisées."

Applications possibles

Les applications possibles incluent l'utilisation des excitations pour créer un courant dans les plasmas de fusion magnétique ou la facilitation de la rotation du plasma dans les expériences de fusion. Cependant, "Notre article ne considère aucune application pratique, " a déclaré le physicien Hong Qin, co-auteur de l'article et conseiller de Fu. "Le papier est la théorie de base et la technologie suivra la compréhension théorique."

En réalité, "la découverte des 10 phases dans le plasma marque un développement primaire en physique des plasmas, " Qin a dit. " La première et la plus importante étape dans toute entreprise scientifique est de classer les objets à l'étude. Tout nouveau schéma de classification entraînera une amélioration de notre compréhension théorique et des avancées technologiques ultérieures, " il a dit.

Qin cite la découverte des principaux types de diabète comme exemple du rôle que joue la classification dans le progrès scientifique. "Lors du développement de traitements pour le diabète, les scientifiques ont découvert qu'il y avait trois types principaux, ", a-t-il déclaré. "Maintenant, les médecins peuvent traiter efficacement les patients diabétiques."

La fusion, que les scientifiques du monde entier cherchent à produire sur Terre, combine des éléments légers sous forme de plasma - le chaud, état chargé de la matière composé d'électrons libres et de noyaux atomiques qui constitue 99 % de l'univers visible, pour libérer des quantités massives d'énergie. Une telle énergie pourrait servir de source d'énergie sûre et propre pour produire de l'électricité.

Les phases plasmatiques découvertes par PPPL sont techniquement appelées « phases topologiques, " indiquant les formes des ondes supportées par le plasma. Cette propriété unique de la matière a été découverte pour la première fois dans la discipline de la physique de la matière condensée dans les années 1970, une découverte pour laquelle le physicien Duncan Haldane de l'Université de Princeton a partagé le prix Nobel 2016 pour ses travaux de pionnier.

Robuste et intrinsèque

Les ondes plasma localisées produites par les transitions de phase sont robustes et intrinsèques car elles sont « topologiquement protégées, " a déclaré Qin. " La découverte que cette excitation topologiquement protégée existe dans les plasmas magnétisés est un grand pas en avant qui peut être exploré pour des applications pratiques, " il a dit.

Pour le premier auteur Fu, "Le progrès le plus important dans l'article est d'examiner le plasma en fonction de ses propriétés topologiques et d'identifier ses phases topologiques. Sur la base de ces phases, nous identifions la condition nécessaire et suffisante pour les excitations de ces ondes localisées. Quant à savoir comment ces progrès peuvent être appliqués faciliter la recherche sur l'énergie de fusion, nous devons le découvrir."