科學家在實驗室製造微型超新星激波:模擬粒子加速

2020-12-05 快科技

在一項新研究中，研究人員在實驗室裡創造了微型的超新星激波，希望解決一個困擾科學家已久的宇宙之謎。

當恆星死亡並以超新星的形式爆發時，會在周圍的等離子體中產生強大的激波，將宇宙射線或高能粒子噴射到宇宙中。激波就如同粒子加速器，可以使高能粒子的噴射速度達到接近光速的水平。然而，科學家還沒有完全了解激波是如何加速這些粒子的。

美國能源部SLAC國家加速器實驗室的資深科學家弗雷德裡科·菲烏扎（Frederico Fiuza）領導了這項新研究，他說：「這些（超新星）是令人著迷的系統，但由於它們距離太遠，很難進行研究。」

因此，為了更好地研究這些宇宙衝擊波，科學家們開始嘗試在地球上進行重現。研究人員已經創造了一個超新星殘骸的微型版本。「我們並不是要在實驗室中製造超新星殘骸，但我們可以從中了解更多關於天體物理激波的物理知識，並驗證數據模型，」菲烏扎在聲明中說道。

菲烏扎和同事們致力於創造一種快速擴散的衝擊波，可以模擬超新星爆發後的激波。他們在加州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的國家點火裝置工作，在那裡，他們向碳薄片發射強大的雷射，產生兩個相互瞄準的等離子體流。據介紹，當兩個等離子體流碰撞時，它們「在類似超新星遺蹟激波的條件下」產生了一種衝擊波。研究人員利用光學和X射線技術對該實驗進行了觀察。

通過分析實驗室裡製造出的微型超新星激波，研究人員證實了這種激波能夠將電子加速至接近光速。然而，這些電子如何達到如此告訴仍然是一個謎，這促使科學家轉向計算機建模。研究小組成員安娜·格拉希（Anna Grassi）說：「即使在實驗中，我們也無法看到粒子如何獲得能量的細節，更不用說在天體物理觀測中了，而這正是模擬實驗真正發揮作用的地方。」

現在，儘管激波加速粒子的宇宙之謎仍然未解，但格拉希創建的計算機模型揭示了一個可能的答案。根據這些模型，格拉希提出，激波中的湍流電磁場似乎可以將電子加速到所觀察到的極高速度。

研究人員將繼續研究加速電子發出的X射線，並不斷完善計算機模擬實驗。除了這項工作中研究的電子之外，未來的其他研究還將涉及同樣在激波中噴射而出的帶正電荷的質子。這項研究的詳細結果發表在6月8日的《自然-物理》（Nature Physics）雜誌上。

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#雷射#光速

原文連結：新浪科技 責任編輯：雪花

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