科研人員在實驗室實現鐳射驅動湍流磁重聯

記者從北京師範大學了解到，我國科研人員依託上海高功率鐳射物理國家實驗室“神光Ⅱ”裝置，首次在實驗室實現鐳射驅動湍流磁重聯物理過程，並通過標度變換用於解釋太陽耀斑爆發現象，實驗證實湍流過程對耀斑快速觸發以及加速高能帶電粒子的重要性。相關論文于北京時間1月17日刊發在《自然物理》期刊上。

太陽耀斑是一種最劇烈的太陽活動現象，一次典型耀斑爆發釋放的能量相當於數十億枚氫彈的爆炸。耀斑能産生多波段輻射，劇烈的耀斑會嚴重影響日地空間環境和人類生活。因此，認識和了解耀斑活動具有重大意義。

目前的理論認為磁重聯導致了耀斑觸發。磁重聯是電漿體中方向相反的磁力線因互相靠近而發生的重新聯結的過程，重聯會將磁能快速轉化為電漿體熱能和動能。在天體物理中，磁重聯模型還被廣泛應用於恒星形成、太陽風與地球磁層的耦合、吸積盤物理以及伽馬暴研究。湍流磁重聯是電漿磁流體中磁場能量耗散的最有效方式之一，然而其尚未在實驗室得到直接證實和系統研究。

論文通訊作者、北京師範大學天文係仲佳勇教授領導的實驗室天體物理研究團隊，長期專注于利用強鐳射近距離、主動可控地模擬各類天體電漿體物理過程。早在2010年，仲佳勇與合作者就成功模擬了太陽耀斑中環頂X射線源和重聯噴流。仲佳勇介紹，利用高能量鐳射系統，科學家能在實驗室中獲得極端物理實驗條件，模擬多種高能量密度天體物理現象。這種研究方法不僅可以用來驗證天文觀測理論模型，還可為發現新物理過程提供新途徑。

團隊此次在前期工作的基礎上，提出了利用“神光Ⅱ”四路鐳射多點燒蝕金屬靶，設計具有微擾特徵且磁性相反的電漿體磁環來增大磁場相互作用區，進而實現湍流磁重聯的實驗構想。仲佳勇告訴科技日報記者，他們此次在實驗上首次利用鐳射電漿體的方式驅動湍流磁重聯，鐳射電漿體更加容易標度變換到太陽耀斑電漿體，從而可對太陽耀斑進行更加細緻和系統的定量研究。該研究還發現，實驗湍流磁重聯中高能電子的加速主要來源於重聯電場，而費米加速過程可以忽略，這對傳統高能電子加速機制提出了新的認識和理解。