Эксперимент с лазером поможет понять, как субатомные частицы достигают высоких энергий.
В ходе нового эксперимента установлено, что субатомные частицы могут ускоряться с помощью процесса, похожего на то, как серфингисты ловят волны. Протоны ускоряются за счет ударных волн в плазме, смеси электрически заряженных частиц. Такие ударные волны представляют собой возмущения, подобные звуковому удару, характеризующиеся резким повышением плотности, температуры и давления.
Это исследование может помочь ученым лучше понять некоторые частицы высокой энергии, которые проносятся через космос. Считается, что ударные волны в космосе приводят в движение заряженные частицы, но до сих пор не до конца понятно, как частицы получают свою энергию.
В эксперименте, который имитировал определенные типы космических ударных волн, протоны достигли энергий до 80 000 электрон-вольт, сообщают учёные в журнале Nature Physics. В космосе подобные ударные волны возникают, например, там, где поток заряженных частиц от Солнца встречается с магнитным полем Земли, а также там, где эти частицы резко замедляются по мере приближения к краю Солнечной системы.
Сообщается, что исследователи использовали мощные лазеры, чтобы воссоздать физику таких космических ударных волн в меньшем масштабе. В ходе эксперимента лазерный взрыв испарил цель, отправив поток плазмы в облако газообразного водорода. Когда плазма прошла через газ, образовалась ударная волна, и протоны из газа ускорились, как показали измерения.
Ученые предсказали, что протоны могут ускоряться с помощью процесса, называемого ускорением ударной волны, которое происходит в присутствии магнитного поля. Частицу толкает вперед электрическое поле ударной волны, а магнитное поле помогает оставаться на курсе. Если частица ускользает от ударной волны, магнитное поле искривляет её траекторию, возвращая к волне, чтобы протон мог снова отправиться в плавание.
Но одни только измерения не позволили точно определить, был ли ударный “серфинг” ответственен за ускорение протонов, поэтому специалисты создали компьютерное моделирование эксперимента. Сравнение моделирования и реальных данных позволяет предположить, что протоны бороздили ударную волну.
