Simulasi in vitro tentang bagaimana sinyal FRB misterius dihasilkan

Madrid, 23 tahun (Pers Eropa)

Para peneliti di Laboratorium Fisika Plasma Princeton (PPPL) dan Laboratorium Akselerator Nasional SLAC telah mengakses pembentukan semburan radio cepat ini – yang melepaskan energi sebanyak yang dipancarkan matahari dalam satu detik dalam satu tahun – dengan cara yang dulunya dianggap mustahil. dengan teknologi saat ini.

Benda langit yang menghasilkan ledakan yang tidak biasa di ruang angkasa, seperti runtuhnya atau bintang neutron, yang disebut magnetar (magnet + bintang) terperangkap dalam medan magnet yang kuat. Medan-medan ini sangat kuat sehingga mengubah ruang hampa udara menjadi plasma aneh yang terdiri dari materi dan antimateri dalam bentuk pasangan elektron bermuatan negatif dan positron bermuatan positif, menurut teori elektrodinamika kuantum (QED). Emisi dari pasangan ini dianggap bertanggung jawab atas ledakan radio cepat (FRB) yang kuat.

Materi dan plasma antimateri, yang disebut “plasma genap,” kontras dengan plasma biasa yang memicu reaksi fusi dan membentuk 99% dari alam semesta yang terlihat. Plasma ini hanya terdiri dari materi dalam bentuk elektron dan inti atom atau ion yang massanya jauh lebih besar. Elektron dan positron plasma terdiri dari partikel dengan massa yang sama tetapi muatan berlawanan yang tunduk pada pemusnahan dan penciptaan. Plasma semacam itu dapat menunjukkan perilaku kolektif yang sangat berbeda.

Analog ringkas dari lingkungan magnetik

“Simulasi lab kami adalah analog skala kecil dari lingkungan magnetik,” kata fisikawan Kenan Ku dari Departemen Astrofisika Princeton dalam sebuah pernyataan. “Ini memungkinkan kami untuk menganalisis plasma dari pasangan QED,” Coe, penulis pertama dari studi yang dipresentasikan dalam Fisika Plasma dan juga penulis pertama makalah penelitian yang diperluas di Physical Review Letters, mengatakan dalam sebuah pernyataan.

“Alih-alih mensimulasikan medan magnet yang kuat, kami menggunakan laser yang kuat,” kata Zhou. “Ini mengubah energi menjadi plasma pasangan melalui apa yang disebut kaskade QED. Kemudian pasangan plasma mengubah pulsa laser ke frekuensi yang lebih tinggi,” katanya. “Hasil yang menarik menunjukkan prospek untuk membuat dan memantau plasma pasangan QED di laboratorium dan memungkinkan eksperimen untuk memverifikasi teori tentang ledakan radio cepat.”

Sebelumnya, pasangan plasma yang memproduksi telah dibuat di laboratorium, fisikawan Nat Fish, profesor astrofisika di Universitas Princeton dan direktur asosiasi urusan akademik di PPPL, yang menjabat sebagai peneliti utama untuk penelitian ini, mengatakan. “Kami pikir kami tahu hukum yang mengatur perilaku kolektif mereka,” kata Fish. “Tapi sampai kita benar-benar menghasilkan pasangan plasma di laboratorium yang menunjukkan fenomena massa yang bisa kita uji, kita tidak bisa sepenuhnya yakin akan hal itu.”

“Masalahnya, perilaku kolektif dalam pasangan plasma sulit diamati,” tambahnya. “Jadi langkah besar bagi kami adalah menganggap ini sebagai masalah produksi dan pemantauan bersama, menyadari bahwa metode pemantauan yang hebat meringankan kondisi pada apa yang perlu diproduksi, dan dengan demikian membawa kami ke fasilitas yang lebih praktis bagi pengguna. ”

Simulasi unik yang diusulkan oleh artikel tersebut menciptakan pasangan plasma QED berdensitas tinggi dengan menumbuk laser dengan berkas elektron padat yang bergerak mendekati kecepatan cahaya. Pendekatan ini hemat biaya dibandingkan dengan metode yang umum diusulkan untuk tumbukan laser ultra-kuat untuk menghasilkan rantai QED. Pemfokusan juga memperlambat pergerakan partikel plasma, memungkinkan efek kolektif yang lebih kuat.

“Tidak ada laser yang cukup kuat untuk mencapai ini hari ini dan bisa menghabiskan biaya miliaran dolar untuk membangunnya,” kata Chu. “Pendekatan kami sangat mendukung penggunaan akselerator berkas elektron dan laser yang cukup kuat untuk mencapai plasma QED berpasangan. Implikasi dari penelitian kami adalah mendukung pendekatan ini dapat menghemat banyak uang.”

Persiapan sekarang sedang dilakukan untuk menguji simulasi dengan putaran baru eksperimen laser dan elektron di SLAC. “Dalam arti, apa yang kami lakukan di sini adalah titik awal untuk rangkaian yang menghasilkan ledakan radio,” kata Sebastian Morin, peneliti SLAC dan mantan rekan pascadoktoral di Universitas Princeton, yang ikut menulis dua makalah dengan Qu. Dan ikan.

“Jika kita bisa mengamati sesuatu seperti ledakan radio di lab, itu akan sangat menarik,” kata Morin. “Tetapi bagian pertama hanya untuk melihat hamburan berkas elektron, dan setelah kami melakukannya, kami akan meningkatkan intensitas laser untuk mencapai kepadatan yang lebih tinggi untuk melihat pasangan elektron-positron. Idenya adalah eksperimen kami akan berkembang selama dua tahun ke depan atau lebih.”

Tujuan keseluruhan dari penelitian ini, kata Zhou, adalah untuk memahami bagaimana objek seperti magnetar membentuk pasangan plasma dan fisika baru apa yang terkait dengan FRB. “Ini adalah pertanyaan dasar yang menjadi perhatian kami.”