Laboratorium uppnår genombrott genom att skapa kosmiska parplasman på jorden i hög densitet

StockholmForskare har i ett laboratorium skapat högdensitetsstrålar av elektroner och positroner, som liknar de som finns i rymden. Detta är ett stort framsteg inom högenergifysik.

Forskare från hela världen, inklusive University of Rochesters Laboratorium för laserenergetik, publicerade sina resultat i Nature Communications. De gjorde ett genombrott genom att producera 100 till 1 000 gånger fler par än tidigare varit möjligt.

Här är en kort lista över viktiga punkter:

Deltagande institutioner inkluderar University of Rochester, CERN och University of Oxford. Man använde HiRadMat-anläggningen vid CERN:s Super Proton Synchrotron (SPS)-accelerator. Det resulterade i kvasi-neutrala elektron-positronpar-strålar. Varje proton hade en kinetisk energi som var 440 gånger större än dess vilenergi.

Svarta hål och neutronstjärnor är de mest täta objekten i universum. Runt dessa objekt finns plasman, som är en sorts materia. Mer specifikt finns det elektron-positron-parplasman, där elektroner och positroner rör sig mycket snabbt, nästan med ljusets hastighet. Att skapa dessa plasman i laboratorier har varit svårt fram till nu.

Charles Arrowsmith, en fysiker från University of Oxford, kommer att ansluta sig till LLE till hösten. Han förklarar att det har varit mycket utmanande att producera stora mängder elektron-positronpar, vilket har begränsat vår kunskap till teoretiska idéer. Det framgångsrika experimentet har nu skapat nya möjligheter för forskning inom laboratorieastrofysik.

Läs också:

Idag · 13:23

Ny forskning: mekaniska krafter styr genuttryck i celler

Teamet använde mer än 100 miljarder protoner från SPS-acceleratorn vid CERN. Dessa protoner har tillräckligt med energi för att splittra atomer och frigöra kvarkar och gluoner. Detta skapar en kaskad som utvecklas till elektroner och positroner. Med så många partiklar börjar strålen bete sig som ett plasma som finns i rymden.

Dustin Froula och Daniel Haberberger från LLE samarbetade med Arrowsmith för att utforma ett experiment. De arbetade tillsammans med forskare från olika institutioner, inklusive Science and Technology Facilities Council Rutherford Appleton Laboratory, University of Strathclyde och Atomic Weapons Establishment i Storbritannien.

Denna forskning kan hjälpa oss att förstå hur små partiklar beter sig i gammablixtar eller jetstrålar från blazarer. Arrowsmith säger att de har utvecklat metoder för att ändra hur partikelflöden sprider sig. Detta möjliggör studier av plasmainteraktioner på ett kontrollerat sätt.

Gianluca Gregori vid Universitetet i Oxford påpekar att teleskop inte kan urskilja mycket små detaljer hos avlägsna rymdobjekt. Laboratorieexperiment kommer att verifiera om datormodellernas förutsägelser stämmer. Gregori betonar också vikten av att forskare från olika laboratorier runt om i världen samarbetar.

Andra institutioner som samarbetar är Lawrence Livermore National Laboratory, Max Planck-institutet för kärnfysik, Islands universitet och Instituto Superior Técnico i Portugal. Teamets resultat kommer när de försöker föra fram plasmavetenskap genom att kollidera mycket kraftfulla lasrar. De kommer att bedriva denna forskning vid NSF OPAL-anläggningen.