現在科學家們採用了一種新的方法,可以製造比過去強1000倍的磁場

2020-12-13 宇宙與科學

科學家們在實驗的時候發現了一種名為微管內爆的機制,這種機制可以產生比過去強1000倍的磁場。據日本大阪大學和麻省理工學院的科學家們介紹,這種新方法可以用來產生超強磁場,在材料科學、量子電動力學和天體物理學等領域都有很重要的用途。到目前為止,實驗室產生的最強磁場一直在千特斯拉範圍內,這遠遠強於地球磁場數值,較強的磁場可以幫助研究等離子體和束流物理、天體物理學和太陽物理等領域的基本物理。因此,科學家正在探索產生這種超強度磁場的方法,包括碰撞衝擊、伽馬射線轟擊和強磁化等離子體,高功率雷射等方法。

具體方法,怎麼做呢?科學家們模擬使用1020-1022W/cm2的高強度雷射脈衝照射了一個微米大小的塑料管,內襯了一個結構化的目標材料。這種強烈的輻射產生了熱電子,也就是具有大量動能的電子,其溫度相當於幾十兆MeV。那麼這些高能電子可以使管子中的目標物質電離,在產生等離子體,隨後以接近相對論的速度在內管中膨脹並爆炸。

科學家們還發現,如果他們在模擬系統中引入一個千特斯拉級磁場,他們可以在微管中心產生一個比預磁場強100至1000倍的磁場。麻省理工學院科學家,論文第一作者解釋說,只有在中子星和黑洞這樣的天體中才會出現這種強磁場。大阪大學村上春樹解釋說,在內爆過程中,洛倫茲力使等離子體中的離子和電子轉向相反的方向,從而使它們扭曲,這種效應被稱為拉莫爾旋轉。相對論性電荷粒子繞著微管中心軸的群體性運動產生了密度約為1015安培/平方釐米的強自旋電流。他說,這些自旋電流是隨後在電子管中心產生兆特斯拉級磁場的原因。

村上春樹在接受訪時說:「我們的新研究,在科學報告中有詳細說明,它證明了目前的雷射技術可以用來產生兆特斯拉大小的磁場。我們現在計劃研究高能物理,如粒子加速、開發緊湊型核聚變裝置以及利用微管內爆的新概念創造正電子對。」

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