Teorie estreme sul plasma messe alla prova

Il Giornale Online
Menlo Park, Calif. — I primi studi controllati della materia densa estremamente calda hanno rovesciato il modello accettato da 50 anni, usato per spiegare come gli ioni si influenzino in un plasma denso. I risultati dovrebbero essere di beneficio per molti campi, dalla ricerca sulla fusione nucleare per ottenere energia, alla comprensione del cuore delle stelle. Lo studio dimostra anche le uniche capacità del Linac Coherent Light Source (LCLS), un laser a raggi-x presso il National Accelerator Laboratory del Dipartimento USA dell'Energia (DOE). I ricercatori avevano già creato plasma estremamente caldo e denso, ma il LCLS permette loro di misurare le proprietà dettagliate di questi stati e di mettere sotto test una classe fondamentale di fisica del plasma per la prima volta. Il plasma a volte viene definito il quarto stato della materia, assieme a quello solido, liquido e gassoso e in questo caso era centinaia di volte più caldo della superficie del sole (2 milioni di gradi kelvin o 3.6 milioni di gradi Fahrenheit). Queste misure, riportate da un team internazionale di ricercatori e pubblicato questa settimana in Physical Review Letters, contraddicono il modello prevalente che gli scienziati hanno usato per mezzo secolo, per comprendere le condizioni interne del plasma. “Pensiamo che non sarebbe potuto avvenire altrove”, ha detto Justin Wark, leader del gruppo alla Oxford University che ha partecipato nello studio. “La chiave è avere un laser a raggi-x”. Il team di ricerca internazionale, che ha prodotto il plasma usando come obiettivo dell'alluminio super-sottile per i raggi-X al LCLS, ha riportato i suoi risultati iniziali in gennaio. Ora in un secondo studio basato su una nuova analisi dei dati dallo stesso esperimento, il gruppo ha toccato un'altra questione: come vengono influenzati gli atomi in un tale caldo e denso plasma?

I ricercatori sono riusciti a conoscere quanta energia serva per calciare gli elettroni da atomi altamente carichi in un plasma denso. “Questa è una domanda che nessuno è mai riuscito ad affrontare prima”, ha detto Orlando Ciricosta della Oxford University e autore principale dello studio, che ha incluso scienziati da tre laboratori nazionali del DOE. Il LCLS ha offerto un ambiente sperimentale unico per questi studi: fornisce un ambiente molto controllato per la misura di fenomeni estremi, un raggio laser con energie finemente regolate e un modo per misurare precisamente le proprietà di un plasma ad una specifica densità. Le nuove analisi danno indizi sulla sorta di plasma che gli scienziati dovrebbero creare in certi approcci sperimentali alla fusione, il processo che alimenta le stelle, in cui i nuclei di atomi supercondensati si combinano e rilasciano moltissima energia. La ricerca potrebbe portare a una migliore modellazione per certi aspetti della fusione, in quanto fornisce informazioni dettagliate sul processo in cui atomi strettamente legati iniziano a perdere la propria autonomia, mentre le orbite dei loro elettroni associati si sovrappongono.

Gli scienziati usano complicati algoritmi che possono includere milioni di linee di codice per simulare il comportamento della materia super-riscaldata e costruire migliori modelli del funzionamento della fusione. “Persino codici informatici super sofisticati per simulare plasma denso, solitamente utilizzano un modello vecchio del 1966 per simulare gli effetti dell'ambiente del plasma”, ha detto Ciricosta. “Il nostro lavoro al LCLS ha mostrato che questo modello largamente usato non combacia con i dati. In una straordinaria svolta, risulta che un approccio più vecchio del 1963 fa un lavoro migliore”. Wark si aspetta che le scoperte avranno “un impatto significativo” nella comunità della fisica del plasma, dato che il modello del 1963 può essere facilmente applicato per migliorare le simulazioni esistenti in molti campi. Tuttavia, la fisica completa è ancora lontana e serviranno altri test.

“Non affermeremo che qualche modello attuale funzioni in tutte le condizioni e per tutto”, ha detto. “Ci piacerebbe davvero che le persone andassero a rivedere il problema, per scovare eventualmente qualcosa di più sofisticato”. Il team di Wark includeva ricercatori di Oxford, SLAC, del Lawrence Berkeley National Laboratory, del Lawrence Livermore National Laboratory, dell'Università della California – Berkeley, dell'International Atomic Energy Agency in Austria, del Plasma Physics Department ad AWE nel Regno Unito, dell'Institute of Physics ASCR in Repubblica Ceca, del DESY e della Friedrich-Schiller University in Germania.

La ricerca è disponibile per il download da Physical Review Letters: http://prl.aps.org/abstract/PRL/v109/i6/e065002
Ulteriore analisi è fornita dalla American Physical Society (APS): http://physics.aps.org/articles/v5/88

Tradotto da Richard per Altrogiornale.org
Fonte: https://news.slac.stanford.edu/press-release/extreme-plasma-theories-put-test

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