科研人員在實(shí)驗室實(shí)現激光驅動(dòng)湍流磁重聯(lián)

  ICC訊 記者從北京師范大學(xué)了解到，我國科研人員依托上海高功率激光物理國家實(shí)驗室“神光Ⅱ”裝置，首次在實(shí)驗室實(shí)現激光驅動(dòng)湍流磁重聯(lián)物理過(guò)程，并通過(guò)標度變換用于解釋太陽(yáng)耀斑爆發(fā)現象，實(shí)驗證實(shí)湍流過(guò)程對耀斑快速觸發(fā)以及加速高能帶電粒子的重要性。相關(guān)論文于北京時(shí)間1月17日刊發(fā)在《自然物理》期刊上。

  太陽(yáng)耀斑是一種最劇烈的太陽(yáng)活動(dòng)現象，一次典型耀斑爆發(fā)釋放的能量相當于數十億枚氫彈的爆炸。耀斑能產(chǎn)生多波段輻射，劇烈的耀斑會(huì )嚴重影響日地空間環(huán)境和人類(lèi)生活。因此，認識和了解耀斑活動(dòng)具有重大意義。

  目前的理論認為磁重聯(lián)導致了耀斑觸發(fā)。磁重聯(lián)是等離子體中方向相反的磁力線(xiàn)因互相靠近而發(fā)生的重新聯(lián)結的過(guò)程，重聯(lián)會(huì )將磁能快速轉化為等離子體熱能和動(dòng)能。在天體物理中，磁重聯(lián)模型還被廣泛應用于恒星形成、太陽(yáng)風(fēng)與地球磁層的耦合、吸積盤(pán)物理以及伽馬暴研究。湍流磁重聯(lián)是等離子磁流體中磁場(chǎng)能量耗散的最有效方式之一，然而其尚未在實(shí)驗室得到直接證實(shí)和系統研究。

  論文通訊作者、北京師范大學(xué)天文系仲佳勇教授領(lǐng)導的實(shí)驗室天體物理研究團隊，長(cháng)期專(zhuān)注于利用強激光近距離、主動(dòng)可控地模擬各類(lèi)天體等離子體物理過(guò)程。早在2010年，仲佳勇與合作者就成功模擬了太陽(yáng)耀斑中環(huán)頂X射線(xiàn)源和重聯(lián)噴流。仲佳勇介紹，利用高能量激光系統，科學(xué)家能在實(shí)驗室中獲得極端物理實(shí)驗條件，模擬多種高能量密度天體物理現象。這種研究方法不僅可以用來(lái)驗證天文觀(guān)測理論模型，還可為發(fā)現新物理過(guò)程提供新途徑。

  團隊此次在前期工作的基礎上，提出了利用“神光Ⅱ”四路激光多點(diǎn)燒蝕金屬靶，設計具有微擾特征且磁性相反的等離子體磁環(huán)來(lái)增大磁場(chǎng)相互作用區，進(jìn)而實(shí)現湍流磁重聯(lián)的實(shí)驗構想。仲佳勇告訴科技日報記者，他們此次在實(shí)驗上首次利用激光等離子體的方式驅動(dòng)湍流磁重聯(lián)，激光等離子體更加容易標度變換到太陽(yáng)耀斑等離子體，從而可對太陽(yáng)耀斑進(jìn)行更加細致和系統的定量研究。該研究還發(fā)現，實(shí)驗湍流磁重聯(lián)中高能電子的加速主要來(lái)源于重聯(lián)電場(chǎng)，而費米加速過(guò)程可以忽略，這對傳統高能電子加速機制提出了新的認識和理解。