Pole magnetyczne o sile megatesli? Można je wytworzyć w laboratorium

Najpotężniejsze pole magnetyczne z laboratorium. Wcześniej uważano, że nie można wytworzyć go na Ziemi

Japońscy naukowcy zademonstrowali technologię pozwalającą na generowanie pól magnetycznych rzędu megatesli (MT). W naturze są one obserwowane tylko w bliskim sąsiedztwie gwiazd neutronowych i czarnych dziur, ale wkrótce ma być możliwe ich generowanie w warunkach laboratoryjnych.

Przełomu dokonał zespół uczonych z Osaka University, a wyniki badań opublikowano w High Power Laser Science and Engineering. Dzięki trójwymiarowym symulacjom cząstek w interakcji laser-materia, uczeni udowodnili możliwość tworzenia pól magnetycznych rzędu megatesli (MT), miliardy razy silniejszych od pola magnetycznego Ziemi. Trwają przygotowania do eksperymentu, który pozwoli wytworzyć w laboratorium pole magnetyczne o takiej sile.

Pole magnetyczne jak z gwiazdy neutronowej – wkrótce w laboratorium

Naukowcy stale prześcigają się w osiągnięciu jak najwyższej wartości pola magnetycznego wygenerowanego w warunkach laboratoryjnych. Do tej pory najsilniejsze pole magnetyczne, które udało się sztucznie stworzyć, miało wartość kilku kilotesli (kT).

W 2020 r. zespół uczonych z Osaka University pod kierownictwem Masakatsu Murakamiego zademonstrował nowatorski schemat generowania pól magnetycznych, zwany implozją mikrotubową (MTI). Teoretycznie powinien pozwolić on na generowanie ultrasilnych pól magnetycznych, rzędu megatesli.

Schemat implozji mikrotubowej

Naświetlenie wydrążonego cylindra o średnicy mikrona intensywnymi, ale ultrakrótkimi impulsami lasera generuje chmurę elektronów o prędkościach bliskich prędkości światła. Wyzwalają one symetryczną implozję jonów ściany wewnętrznej w kierunku osi centralnej. Kiedy naukowcy przyłożą pole magnetyczne rzędu kilotesli równolegle do osi centralnej, dochodzi do zagięcia trajektorii jonów i elektronów w przeciwnych kierunkach (wynik siły Lorentza). To powoduje tworzenie silnego prądu spinowego, który generuje pole magnetyczne rzędu megatesli.

Czytaj też: Stworzyli najsilniejsze wysokotemperaturowe pole magnetyczne. To prawdziwa rewolucja dla reaktorów

Zespół kierowany przez dr Didara Shokova przeprowadził trójwymiarowe symulacje przy użyciu superkomputera OCTOPUS, znajdującego się na Osaka University. Wykazano, że podstawy teoretyczne zaproponowanego eksperymentu są prawidłowe – można przejść do jego realizacji.

Nasza symulacja pokazała, że ultrasilne megateslowe pola magnetyczne, które były uważane za niemożliwe do zrealizowania na Ziemi, mogą być osiągnięte przy użyciu dzisiejszej technologii laserowej. Oczekuje się, że prawo skalowania i szczegółowe zachowanie czasowe pól magnetycznych ułatwi przeprowadzanie eksperymentów laboratoryjnych z użyciem systemu laserowego LFEX o mocy petawata.Masakatsu Murakami