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Proceso que conduce a explosiones de supernovas y ráfagas de radio cósmicas desenterradas

Fecha :
5 de octubre de 2021
Fuente :
DOE / Laboratorio de Física del Plasma de Princeton
Resumen :
Se ha demostrado por primera vez en un laboratorio un proceso importante para los agujeros negros y las supernovas.
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HISTORIA COMPLETA

Un método prometedor para producir y observar en la Tierra un proceso importante para agujeros negros, explosiones de supernovas y otros eventos cósmicos extremos ha sido propuesto por científicos del Departamento de Ciencias Astrofísicas de la Universidad de Princeton, el Laboratorio Nacional de Aceleradores de SLAC y el Departamento de Energía de EE. UU. DOE Laboratorio de Física del Plasma de Princeton PPPL. El proceso, llamado cascadas de electrodinámica cuántica QED, puede conducir a supernovas estrellas explosivas y ráfagas de radio rápidas que equivalen en milisegundos a la energía que emite el sol en tres días.

Primera demostración

Los investigadores produjeron la primera demostración teórica de que colisionar un láser de laboratorio con un haz de electrones denso puede producir cascadas QED de alta densidad. "Demostramos que lo que se pensaba que era imposible es de hecho posible", dijo Kenan Qu, autor principal deun artículo en Physical Review Letters PRL que describe la demostración de avance. "Eso a su vez sugiere cómo los efectos colectivos previamente no observados se pueden probar con las tecnologías de haz de electrones y láser de vanguardia existentes".

El proceso se desarrolla de una manera sencilla. La colisión de un fuerte pulso láser con un haz de electrones de alta energía divide el vacío en pares de electrones y positrones de alta densidad que comienzan a interactuar entre sí. Esta interacción crea lo que se denominan efectos de plasma colectivo queinfluyen en cómo los pares responden colectivamente a los campos eléctricos o magnéticos.

El plasma, el estado caliente y cargado de la materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos, constituye el 99 por ciento del universo visible. El plasma alimenta las reacciones de fusión que alimentan al sol y las estrellas, un proceso que PPPL y los científicos de todo el mundo están buscando.desarrollarse en la Tierra. Los procesos del plasma en todo el universo están fuertemente influenciados por campos electromagnéticos.

El artículo PRL se centra en la fuerza electromagnética del láser y la energía del haz de electrones que la teoría reúne para crear cascadas QED. "Buscamos simular las condiciones que crean pares electrón-positrón con suficiente densidad que produzcan mediblesefectos colectivos y ver cómo verificar inequívocamente estos efectos ", dijo Qu.

Las tareas requerían descubrir la firma de la creación de plasma exitosa a través de un proceso QED. Los investigadores encontraron la firma en el cambio de un láser de intensidad moderada a una frecuencia más alta causado por la propuesta de enviar el láser contra un haz de electrones ". Ese hallazgoresuelve el problema conjunto de producir el régimen de plasma QED más fácilmente y observarlo más fácilmente ", dijo Qu." La cantidad de cambio varía según la densidad del plasma y la energía de los pares ".

más allá de las capacidades actuales

La teoría mostró anteriormente que láseres suficientemente fuertes o campos eléctricos o magnéticos podrían crear pares QED. Pero las magnitudes requeridas son tan altas que están más allá de las capacidades actuales de laboratorio.

Sin embargo, "resulta que la tecnología actual en láseres y rayos relativistas [que viajan cerca de la velocidad de la luz], si se ubican juntos, es suficiente para acceder y observar este régimen", dijo el físico Nat Fisch, profesor de ciencias astrofísicas.y director asociado de asuntos académicos en PPPL, y coautor del artículo de PRL e investigador principal del proyecto. "Un punto clave es utilizar el láser para ralentizar los pares de modo que su masa disminuya, aumentando así su contribución ala frecuencia del plasma y hacer que los efectos colectivos del plasma sean mayores ", dijo Fisch." Colocar las tecnologías actuales es mucho más barato que construir láseres superintensos ", dijo.

Este trabajo fue financiado por subvenciones de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear y la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea. Los investigadores ahora se están preparando para probar los hallazgos teóricos en SLAC en la Universidad de Stanford, donde se está desarrollando un láser moderadamente fuerte y la fuentede haces de electrones ya está allí. El físico Sebastian Meuren, coautor del artículo y ex visitante postdoctoral en PPPL que ahora está en SLAC, está involucrado de manera central en este esfuerzo.

"Como la mayoría de la física fundamental, esta investigación es para satisfacer nuestra curiosidad por el universo", dijo Qu. "Para la comunidad en general, un gran impacto es que podemos ahorrar miles de millones de dólares en ingresos fiscales si la teoría puede ser validada".


Fuente de la historia :

Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio de Física del Plasma de Princeton . Original escrito por John Greenwald. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.


Referencia de la revista :

  1. Kenan Qu, Sebastian Meuren, Nathaniel J. Fisch. Firma de efectos colectivos de plasma en cascadas QED impulsadas por haz . Cartas de revisión física , 2021; 127 9 DOI: 10.1103 / PhysRevLett.127.095001

cite esta página :

DOE / Laboratorio de Física de Plasma de Princeton. "Proceso que conduce a explosiones de supernovas y estallidos de radio cósmicos desenterrados". ScienceDaily. ScienceDaily, 5 de octubre de 2021. .
DOE / Laboratorio de Física del Plasma de Princeton. 2021, 5 de octubre. Descubrimiento del proceso que conduce a explosiones de supernovas y estallidos de radio cósmicos. ScienceDaily . Obtenido el 5 de octubre de 2021 de www.science-things.com/releases/2021/10/211005175432.htm
DOE / Princeton Plasma Physics Laboratory. "Proceso que conduce a explosiones de supernovas y estallidos de radio cósmicos desenterrados". ScienceDaily. Www.science-things.com/releases/2021/10/211005175432.htm consultado el 5 de octubre de 2021.

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