Ученые впервые сфотографировали редкие плазменные «спагетти» из пучков частиц

Международная группа физиков из США и Великобритании впервые сумела запечатлеть редкую плазменную нестабильность, при которой пучки высокоэнергетических электронов формируются в похожие на спагетти нити плазмы. Исследование опубликовано в научном журнале Physical Review Letters (PRL).

Плазма — сверхгорячая смесь заряженных частиц, таких как ионы и электроны, которые способны проводить электричество и на которые влияют магнитные поля. Нестабильность в плазме возникает из-за того, что поток частиц в одном направлении или в пределах определенной области может отличаться от остальных, заставляя некоторые частицы группироваться в тонкие нити, похожие на спагетти. Эти нити, известные как неустойчивость тока Вейбеля, могут генерировать собственное магнитное поле, которое еще больше дестабилизирует остальную плазму.

В ходе эксперимента исследователи выстрелили лазером высокой интенсивности в изначально неподвижную плазму, чтобы создать высокоэнергетический электронный луч.

Фотоны в лазере могут дать энергетический импульс электронам в плазме, подталкивая их в направлении лазера. Если бы плазма была идеально стабильной и однородной, этот электронный луч мог бы проходить сквозь нее плавно, подобно тому, как быстрые автомобили лавируют между равномерным потоком транспорта.

Вместо этого исследователи увидели, что это нарушило плазму, вызвав небольшие колебания, из-за которых в некоторых областях было больше или меньше электронов, чем в других.

Поскольку электроны слипались и генерировали тонкие нити, которые затем еще больше дестабилизировали остальную часть плазмы.

Синхронизируя оптический лазер, исследователи получили подробные изображения нестабильности. Ученые генерировали плазму, используя газовые мишени — короткие выбросы газа, выпущенные в вакуумную камеру, — что позволило им точно настроить плотность создаваемой ими плазмы, регулируя давление газа в камере.

Регулируя плотность, физики также могли изучать, как изменялся размер нитей. Эти тонкие настройки привели к беспрецедентным крупным планам изображений нестабильности.

По словам специалистов, их достижение может найти практическое применение в радиотерапии.