使用强激光驱动的微管内爆在地球上生成Megatesla磁场

时间：2021-10-27 17:51:58 来源：

微管内爆的插图。在用超强激光脉冲辐照之前，要先播种均匀的外部磁场。

由大阪大学领导的一组研究人员发现了“微管内爆”，这是一种新型的机制，可以证明梅格斯拉级磁场的产生。

磁场被用于现代物理学和工程学的各个领域，其实际应用范围从门铃到磁悬浮列车。自19世纪尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）发现以来，研究人员一直致力于在实验室中实现强大的磁场以进行基础研究和自然应用，但熟悉的例子的磁场强度相对较弱。地磁为0.30.5−高斯（G），医院使用的断层扫描（MRI）约为1特斯拉（T = 104 G）。相比之下，未来的磁融合和磁悬浮列车将需要千公里（kT = 107 G）量级的磁场。迄今为止，实验观察到的最高磁场约为kT量级。

最近，大阪大学的科学家发现了一种称为“微管内爆”的新颖机制，并通过使用超级计算机进行的粒子模拟演示了梅格特斯拉（MT = 1010G）级磁场的产生。令人惊讶的是，这比实验室所能达到的数量高三个数量级。如此高的磁场仅在像中子星和黑洞这样的天体中才会出现。

（左）微管中血浆动力学的顶视图。激光产生的热电子驱动内壁等离子体膨胀为真空。通过预接种的磁场B0将微管无限扭曲。（右）由于相对论电子和离子共同形成的超高自旋电流，在中心产生超高磁场。

用超强激光脉冲辐照一根细微的塑料微管，其厚度是人发的十分之一，产生的热电子的温度为数百亿度。这些热电子与冷离子一起以接近光速的速度膨胀到微管腔中。用kT阶磁场预播会导致内爆带电粒子由于劳伦兹力而无限扭曲。这种独特的圆柱流在目标轴上共同产生约1015安培/ cm2的空前的高自旋电流，因此产生MT级的超高磁场。

村上正胜及其同事进行的研究证实，当前的激光技术可以基于该概念实现MT级磁场。当前产生MT级磁场的概念将导致在许多领域进行基础研究的开创性研究，包括材料科学，量子电动力学（QED）和天体物理学以及其他前沿的实际应用。

参考：M. Murakami，J.J。Honrubia，K.Weichman，A.V。Arefiev和S.V.Bulanov撰写的“由强激光驱动的微管内爆产生的梅盖茨拉磁场”，科学报告，2020年。
10.1038 / s41598-020-73581-4

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