Ilustración de una implosión de microtubos. Antes de irradiar con pulsos de láser ultraintensos, se sembra previamente un campo magnético externo uniforme. Crédito: M. Murakami
Un equipo de investigadores dirigido por la Universidad de Osaka descubre la “implosión de microtubos”, un mecanismo novedoso que demuestra la generación de campos magnéticos de orden megatesla.
Los campos magnéticos se utilizan en diversas áreas de la física y la ingeniería modernas, con aplicaciones prácticas que van desde timbres hasta trenes de levitación magnética. Desde los descubrimientos de Nikola Tesla en el siglo XIX, los investigadores se han esforzado por realizar fuertes campos magnéticos en laboratorios para estudios fundamentales y diversas aplicaciones, pero la fuerza magnética de ejemplos familiares es relativamente débil. El geomagnetismo es de 0,3 a 0,5 gauss (G) y la tomografía magnética (RM) utilizada en los hospitales es de aproximadamente 1 tesla (T = 104 GRAMO). Por el contrario, los futuros trenes de fusión magnética y maglev requerirán campos magnéticos en la kilotesla (kT = 107 G) orden. Hasta la fecha, los campos magnéticos más altos observados experimentalmente están en el orden kT.
Recientemente, científicos de la Universidad de Osaka descubrieron un mecanismo novedoso llamado “implosión de microtubos” y demostraron la generación de megatesla (MT = 1010G) ordenar campos magnéticos mediante simulaciones de partículas utilizando una supercomputadora. Sorprendentemente, esto es tres órdenes de magnitud más alto de lo que se ha logrado en un laboratorio. Solo se esperan campos magnéticos tan altos en cuerpos celestes como estrellas de neutrones y agujeros negros.
(Izquierda) Vista superior de la dinámica del plasma en el microtubo. Los electrones calientes producidos por láser impulsan la expansión del plasma de la pared interna al vacío. Los microtubos están infinitesimalmente retorcidos por un campo magnético B0 pre-sembrado. (Derecha) Se genera un campo magnético ultra alto en el centro debido a las corrientes de espín ultraaltas formadas colectivamente por electrones e iones relativistas. Crédito: M. Murakami
Irradiar un diminuto microtubo de plástico de una décima parte del grosor de un cabello humano mediante pulsos de láser ultraintensos produce electrones calientes con temperaturas de decenas de miles de millones de grados. Estos electrones calientes, junto con los iones fríos, se expanden hacia la cavidad del microtubo a velocidades cercanas a la de la luz. La pre-siembra con un campo magnético de orden kT hace que las partículas cargadas en implosión se tuerzan infinitesimalmente debido a la fuerza de Lorenz. Un flujo cilíndrico tan exclusivo produce colectivamente corrientes de giro sin precedentes de aproximadamente 1015 amperio / cm2 en el eje objetivo y, en consecuencia, genera campos magnéticos ultraaltos en el orden MT.
El estudio realizado por Masakatsu Murakami y sus colegas ha confirmado que la tecnología láser actual puede realizar campos magnéticos de orden MT basados en el concepto. El concepto actual para generar campos magnéticos de orden MT conducirá a una investigación fundamental pionera en numerosas áreas, incluida la ciencia de los materiales, la electrodinámica cuántica (QED) y la astrofísica, así como otras aplicaciones prácticas de vanguardia.
Referencia: “Generación de campos magnéticos megatesla por implosiones de microtubos impulsadas por láser intenso” por M. Murakami, JJ Honrubia, K. Weichman, AV Arefiev y SV Bulanov, 6 de octubre de 2020, Informes científicos.
DOI: 10.1038 / s41598-020-73581-4
