Di dalam ruang target Fasilitas Laser Omega selama tembakan. Eksperimen di fasilitas ini telah memberikan wawasan tentang pembangkitan medan magnet.
Menggunakan probe proton untuk menggambarkan medan elektromagnetik secara langsung, para ilmuwan dari Laboratorium Nasional Lawrence Livermore menyajikan bukti medan magnet yang dihasilkan Weibel yang tumbuh berlawanan, awalnya tidak termagnetisasi Plasma adalah salah satu dari empat keadaan dasar materi, bersama dengan padat, cair, dan gas. Ini adalah gas terionisasi yang terdiri dari ion positif dan elektron bebas. Ini pertama kali dijelaskan oleh ahli kimia Irving Langmuir pada 1920-an.
aliran plasma dari eksperimen laboratorium yang digerakkan oleh laser.
Generasi medan magnet kosmik telah lama membuat penasaran para astrofisikawan. Sejak pertama kali dijelaskan pada tahun 1959, sebuah fenomena yang dikenal sebagai ketidakstabilan filamen Weibel – ketidakstabilan plasma yang ada dalam plasma elektromagnetik homogen atau hampir homogen – telah menghasilkan minat teoretis yang luar biasa dari astrofisikawan dan fisikawan plasma sebagai mekanisme potensial untuk pembentukan medan magnet benih di alam semesta. .
Namun, pengamatan langsung terhadap medan magnet yang dihasilkan Weibel tetap menantang selama beberapa dekade. Dalam makalah Fisika Alam yang diterbitkan minggu ini, para peneliti Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) melaporkan untuk pertama kalinya filamen magnetik yang dikembangkan dengan baik dan berorientasi yang dihasilkan oleh mekanisme Weibel dalam aliran balik, aliran tanpa tabrakan yang dihasilkan oleh laser berdaya tinggi .
“Perbandingan dengan simulasi partikel-dalam-sel 3D dan perlakuan teoretis prinsip pertama membuktikan bahwa pembangkitan medan magnet dalam aliran semacam itu nyata, dan cukup efisien,” kata penulis utama Channing Huntington, fisikawan di LLNL.
Temuan tim menunjukkan kekuatan ketidakstabilan Weibel untuk menghasilkan medan magnet benih skala kecil di seluruh kosmos, yang kemudian dapat diperkuat lebih jauh ke skala yang lebih besar, menciptakan medan magnet di mana-mana yang terlihat ada dalam sistem astrofisika. Selain itu, medan magnet yang dihasilkan Weibel dapat menjebak ion plasma, menciptakan guncangan lokal di mana partikel sinar kosmik dapat dipercepat.
Aliran plasma counter-streaming dihasilkan menggunakan beberapa sinar laser untuk memanaskan disk plastik yang berlawanan. Satu set sinar yang terpisah langsung meledakkan kapsul kaca yang mengandung gas deuterium dan helium. Ledakan menghasilkan semburan proton yang mengalir melalui aliran plasma dan dibelokkan oleh medan listrik dan magnet sebelum mencapai pelat detektor, secara efektif merekam pola medan dalam sistem.
Para peneliti menggunakan proton yang dihasilkan oleh ledakan kapsul D-3He (deuterium dan helium) yang menghasilkan energi tunggal pada fluks tinggi. Data berkualitas tinggi ini dengan jelas mengungkapkan ketidakstabilan filamen Weibel yang sulit dipahami, yang merupakan hasil mendasar yang, karena skalabilitas proses ini, akan berdampak kuat pada pemikiran astrofisikawan. Selain itu, simulasi 3D yang dilakukan untuk melengkapi data menggunakan teknik mutakhir di bidang komputasi tingkat lanjut, yang semakin memperluas penerapan pekerjaan ini. Eksperimen ini dilakukan di Fasilitas Laser Omega di Laboratorium Energi Laser Universitas Rochester.
“Sudah diketahui bahwa berbagai skala medan magnet ada di kosmos, tetapi asal usul medan ini masih menjadi pertanyaan yang sulit dipahami,” kata Huntington. “Ketidakstabilan Weibel telah lama diteorikan sebagai mekanisme untuk menghasilkan bidang-bidang ini, tetapi karya ini menawarkan bukti eksperimental yang paling meyakinkan hingga saat ini bahwa hal ini memang mungkin terjadi.”
Setelah mengembangkan platform eksperimental yang kuat dan mengonfirmasi generasi filamen Weibel, tim membayangkan berbagai eksperimen tindak lanjut pada OMEGA untuk menguji generasi medan magnet dalam kondisi yang relevan dengan sistem astrofisika (misalnya, dengan adanya a medan magnet yang sudah ada sebelumnya, yang dapat memodifikasi pertumbuhan ketidakstabilan). Mereka juga telah memulai serangkaian eksperimen di National Ignition Facility LLNL, di mana aliran plasma yang lebih besar dan lebih cepat diyakini menghasilkan medan yang lebih tinggi dan formasi kejut yang dimediasi Weibel akan sepenuhnya matang. Eksperimen ini akan mencapai kondisi yang sebelumnya tidak dicapai di lingkungan laboratorium.
Penelitian ini dilakukan bekerja sama dengan tim internasional dari Jepang, Inggris, Institut Teknologi Massachusetts, Princeton, Prancis, Universitas Rochester, dan Universitas Michigan.
Publikasi : CM Huntington, et al., “Observation of magnetic field generation via the Weibel instability in interpenetrating plasma flow,” Seperti namanya, Nature Physics adalah jurnal ilmiah peer-review yang mencakup fisika dan diterbitkan oleh Nature Research. Ini pertama kali diterbitkan pada Oktober 2005 dan liputan bulanannya mencakup artikel, surat , ulasan, sorotan penelitian, berita dan pandangan, komentar, ulasan buku, dan korespondensi.
Fisika Alam (2015); doi:10.1038/nphys3178
Gambar: Laboratorium Energi Laser Universitas Rochester
