Исследователи в Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) американского Министерства энергетики (DOE) разработали теорию плазменных волн, которые могут вывести эти свойства более подробно, чем в стандартных подходах. Новое исследование анализирует плазму, окружающую пульсар теорией Эйнштейна сцепления относительности с квантовой механикой, которая описывает движение субатомных частиц, таких как атомные ядра – или ионы – и электроны в плазме. Поддержка этой работы является Офисом САМКИ Науки.
Квантовая теория областиКлючевое понимание прибывает из квантовой теории области, которая описывает заряженные частицы, которые являются релятивистскими, означая, что они путешествуют в близости скорость света. «Квантовая теория может описать определенные детали распространения волн в плазме», сказал Юань Ши, аспирант в Программе Принстона в области Плазменной Физики и ведущего автора работы, опубликованной 29 июля в журнале Physical Review A. Понимание взаимодействий позади распространения может тогда показать состав плазмы.
Ши развивал бумагу с помощью от соавторов Нэт Фиш, директор Программы в области Плазменной Физики и преподавателя и объединенного председателя астрофизических наук в Принстонском университете, и Хун Циня, физика в PPPL и исполнительного декана Школы Ядерной Науки и техники в Научно-техническом университете Китая. «Когда я разработал математику, они показали мне, как применить ее», сказал Ши.В пульсарах, релятивистских частицах в магнитосфере, намагниченная атмосфера, которая окружает тело, поглощает световые волны и это поглощение пики показов на фоне абсолютно черного тела. «Вопрос, что означают эти пики?» спрашивает Ши. Анализ пиков с уравнениями от специальной относительности и квантовой теории области, он нашел, может определить плотность и полевую силу магнитосферы.
Объединение методов физикиПроцесс объединяет методы высокоэнергетической физики, физики конденсированного вещества и плазменной физики.
В высокоэнергетической физике исследователи используют квантовую теорию области описать взаимодействие горстки частиц. В физике конденсированного вещества люди используют квантовую механику, чтобы описать государства большого количества частиц.
Плазменная физика использует образцовые уравнения, чтобы объяснить коллективное движение миллионов частиц. Новый метод использует аспекты всех трех методов, чтобы проанализировать плазменные волны в пульсарах.Та же самая техника может использоваться, чтобы вывести плотность плазмы и силу магнитного поля, созданного инерционными экспериментами сплава заключения. Такие эксперименты используют лазеры, чтобы удалить – или испариться – цель, которая содержит плазменное топливо.
Удаление тогда вызывает имплозию, которая сжимает топливо в плазму и производит реакции сплава.Стандартные формулы дают непоследовательные ответыИсследователи хотят знать точную плотность, температурную и полевую прочность плазмы, которую создает этот процесс.
Стандартные математические формулы дают непоследовательные ответы, когда лазеры различного цвета используются, чтобы измерить плазменные параметры. Это вызвано тем, что экстремальная плотность плазмы дает начало квантовым эффектам, в то время как высокая плотность энергии магнитного поля дает начало релятивистским эффектам, говорит Ши.
Таким образом, формулировки, которые догоняют обе области, необходимы, чтобы урегулировать результаты.Для Ши новая техника показывает выгоду объединяющихся дисциплин физики, которые не часто взаимодействуют.
Говорит он: «Соединение областей дает огромное право объяснить вещи, которые мы не могли понять прежде».