Лазерный эксперимент может помочь ученым понять, как субатомные частицы достигают высоких энергий, - пишет sciencenews.org со ссылкой на Nature Physics.
Новый эксперимент предполагает, что субатомные частицы могут быть ускорены с помощью процесса, подобного тому, как серфингисты ловят волны. Скорость протонов увеличивается не за счет волн океана, а за счет ударных волн в плазме - смеси электрически заряженных частиц. Такие ударные волны представляют собой возмущения, похожие на звуковой удар, для которых характерно резкое увеличение плотности, температуры и давления.
Исследование могло бы помочь ученым лучше понять некоторые из высокоэнергетических частиц, пронизывающих космос. Считается, что ударные волны в космосе приводят в движение заряженные частицы, но до сих пор не совсем понятно, как частицы получают энергию.
В эксперименте, который имитировал определенные типы космических ударных волн, протоны достигли энергии до 80 000 электрон-вольт. В космосе аналогичные ударные волны возникают там, где отток заряженных частиц от Солнца встречается, например, с магнитным полем Земли, а также там, где эти частицы резко замедляются по мере приближения к краю Солнечной системы, в так называемом концевом ударе.
Ученые использовали мощные лазеры, чтобы воссоздать физику таких космических ударных волн в меньшем масштабе. В эксперименте лазерный луч испарил цель, послав взрыв плазмы, устремившийся в облако газообразного водорода. Как показали измерения, когда плазма протекала через газ, образовалась ударная волна, и протоны из газа ускорились.
Ученые предсказали, что протоны могут быть ускорены с помощью процесса, называемого ускорением при ударном серфинге, который происходит в присутствии магнитного поля. Частица толкается электрическим полем ударной волны, а магнитное поле помогает частице оставаться на курсе. Если частица ускользает от ударной волны, магнитное поле поворачивает траекторию частицы, чтобы вернуть ее в волну, так что протон снова может перемещаться по поверхности.
«Конечно, для людей, занимающихся серфингом, такого автоматического возврата не существует, - говорит Жюльен Фукс из CNRS и Лаборатории по использованию интенсивных лазеров в Палезо (Франция). - Это очень плохо, я думаю, им бы это понравилось».
Тем не менее, одни только измерения не позволили точно определить, является ли ударный серфинг ответственным за ускорение протонов. «Проблема всегда в интерпретации, так что именно вызвало это ускорение», - говорит физик плазмы Фредерико Фиуза из Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Менло-Парке (Калифорния), который не принимал участия в исследовании.
Поэтому Фукс и его коллеги создали компьютерное моделирование эксперимента. Сравнение моделирования и реальных данных позволяет предположить, что протоны перемещались по ударной волне.
«Это определенно захватывающий результат, - говорит физик плазмы Кэролайн Куранц из Мичиганского университета в Анн-Арборе. Она надеется, что дальнейшие исследования позволят выявить более прямые доказательства, не основанные на компьютерном моделировании. - Это очень многообещающе для будущей работы».
Фото: xixinxing / 123RF
