拓扑波可能在理解等离子系统帮助

一个研究小组曾预测“拓扑保护”电磁波的等离子体表面上传播,这可能在设计新的等离子系统,如核聚变反应堆帮的存在。

普罗维登斯,R.I. [CQ9游戏官网] - 近50年前,CQ9游戏官网物理学家迈克尔科斯特利茨和他的同事们使用的拓扑结构的数学 - 解释令人费解的某些类型的相变化 - 如何对象可以通过拉伸或扭转而不是撕裂或断裂变形的研究的问题。工作韩元科斯特利茨2016年诺贝尔文学奖的份额,在物理学,并导致拓扑现象在各种系统中发现,从薄膜,该行为仅电力在其边缘周围,奇怪 波,在海洋和大气传播 在地球的赤道。 

现在一个研究小组,其中包括另一棕色物理学家,又增加了一个新的拓扑现象是不断增长的列表。在新的理论研究,团队显示,拓扑起源的电磁波应该存在等离子体的表面上 - 电离气体的热汤。如果理论被证实是真的,这些波能够提供新的途径为科学家探索等离子体,这是一切从发现荧光灯泡到恒星的性质。

这项研究是由杰弗里·帕克的带领下,在劳伦斯的研究科学家利弗莫尔国家实验室合作,在与布拉德·马斯顿,在褐色的物理学教授,等等。该论文发表于 物理评论快报.

浪,称为气态等离子体激元,当该系统被暴露于强磁场沿着等离子体和其周围的界面传播。马斯顿说,有什么有趣的这些波是他们“拓扑保护”,这意味着他们在系统中固有地存在,并且对散落的杂质性。 

“你有反对散射保护的波任何时间,这意味着他们可以在很长的距离保持不变,”马斯顿说。 “作为一个实际问题,我们希望这些可以用来诊断等离子体状态。在等离子体物理的一个大问题是要弄清楚一个等离子体的状态,而不会干扰它。如果你在一个探头坚持,你会破坏系统。我们也许可以利用这些电波识别出一个等离子体的状态,而不会干扰它。”

想想拓扑保护,马斯顿说的一种方式,是值得被称为毛球定理。想象在覆盖头发长一球。如果一个人试图梳理那些头发下来,总会有上有毛不会放平球至少一个点。 

“这个地方将永远存在,”马斯顿说。 “你可以四处移动它,但摆脱的唯一途径是撕一些头发。但是,除了一些暴力这样的,如果你只是操纵它不断地撕破任何事情,总会有将是一个漩涡。”

在毛毛球永远存在的漩涡在数学上是类似的等离子体表面的波浪,马斯顿说。 

“在这种情况下,总有一个旋涡,但它在波数空间,不同的波的波长,”他说。 “这是一个有点比在现实空间比较抽象,但数学在很大程度上是相似的。”

已经跃然纸上,这些波的理论基础,下一步是进行实验,以确认他们是真的存在。马斯顿和他的同事最近赢得了棕色种子赠款,以帮助他们做到这一点。与研究人员的加州大学洛杉矶分校的基本等离子体物理设施,马斯顿和他的同事们的帮助下计划进行实验,以检测这些波。

最终,马斯顿希望这些波的发现可能是等离子体物理的福音,帮助科学家更好地了解和控制等离子系统。一个主要的区域马斯顿是感兴趣的是等离子体聚变反应堆。这种反应堆有朝一日线束核聚变来产生清洁能源丰富,但到目前为止,等离子体系统已被证明难以控制。 

“从长远来看,我们希望这可以对聚变能的影响,”马斯顿说。 “如果我们可以利用这些波分辨等离子体的状态,它可能会帮助设计一个聚变反应堆这是稳定的,并且能够产生能量。”

但现在,马斯顿和他的同事们都期待着进行他们的实验。 

“如果我们能够在实验上证实这些东西,人们在等离子社区将有望开始更密切地关注这个想法,”他说。 

在纸张其他合着者是史蒂芬托比亚斯和紫嫣朱。

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