Почти 50 лет назад, Браун физик университета Майкл Костерлица и его коллеги использовали математику топология — изучение того, как объекты могут деформироваться путем растяжения или скручивания, но не порваться или сломаться-чтобы объяснить загадочные фазовые переходы в некоторых видах материи. Эта работа заняла Костерлица долей 2016 Нобелевской премии в области физики и привело к открытию топологические явления в всевозможные системы, от тонких пленок, которые проводят электричество только по их краям, странные волны, которые распространяются в океане и атмосфере на экваторе Земли.
Теперь команда исследователей, в том числе другому Браун физик, добавил новые топологические явления в том, что постоянно растет список. В новых теоретических исследований, команда показывает, что электромагнитные волны топологического происхождения должны присутствовать на поверхности плазмы — горячие супы ионизированного газа. Если теория окажется правдой, эти волны могут обеспечить новый способ для ученых, чтобы исследовать свойства плазмы, которые встречаются во всем, от флуоресцентных ламп к звездам.
Исследования возглавил Джеффри Паркер, научный сотрудник Национальной лаборатории Лоуренса в Ливерморе, в сотрудничестве с Брэдом Марстон, профессор физики в Университете Брауна и других. Статья опубликована в письма в ЖЭТФ.
Волны, называют газообразным плазмон-поляритонов, распространяющихся вдоль границы раздела плазмы и ее окружения, когда система подвергается воздействию сильного магнитного поля. Марстон говорит, что то, что интересно об этих волн является то, что они «защищены топологически», подразумевая, что они изначально присутствуют в системе и устойчивы к рассеиванию примесей.
«В любое время у вас есть волна, которая защищена от рассеяния, это означает, что они могут оставаться нетронутыми в течение длительного расстояния», — сказал Марстон. «С практической точки зрения, мы надеемся, что они могут быть использованы для диагностики плазмы государств. Одна из самых больших проблем в физике плазмы, чтобы выяснить состояние плазмы, не нарушая его. Если вы вставляете в зонд, вы собираетесь нарушить систему. Мы могли бы использовать эти волны для того чтобы различить состояние плазмы, не нарушая его».
Один способ думать о топологической защиты, Марстон говорит, что-то известно как теорема волосатого шара. Представьте себе шар, покрытый длинными волосками. Если попытаться расчесать волосы вниз, там всегда будет хоть одно место на шарике, где волосы не будут лежать.
«Это место всегда будет там», — сказал Марстон. «Вы можете переместить его вокруг, но единственный способ избавиться от него оторвать какую-нибудь волосы. Но если что-то насильственное, если ты просто манипулируя его постоянно и ничего не рвет, всегда будет вихрь.»
Вездесущий вихря на волосатый мяч математически аналогично волн на плазменной поверхности, говорит Марстон.
«В этом случае, всегда есть вихрь, но это в волновых чисел пространства, длины волн разных волнах», — сказал он. «Это немного более абстрактно, чем в реальном пространстве, но и математики во многом схожи.»
Имея конкретизированы теоретические основы для этих волн, следующий шаг заключается в выполнении экспериментов, чтобы подтвердить, что они действительно есть. Недавно Марстон и его коллеги выиграли грант семена от Брауна, чтобы помочь им сделать это. С помощью исследователей на базовом Физика плазмы объекте университета, Марстон и его коллеги планируют провести эксперименты, чтобы обнаружить эти волны.
В конечном счете, Марстон надеется, что открытие этих волн может быть благом для физики плазмы, помогает ученым лучше понять и контролировать плазменных систем. Одной из основных областей Марстон интересует плазмы термоядерных реакторов. Такие реакторы могут в один прекрасный день проводов ядерный синтез, чтобы произвести изобилие экологически чистой энергии, но пока плазменным системы оказались жестко контролировать.
«В долгосрочной перспективе, мы надеемся, это может оказать влияние на термоядерной энергии», — сказал Марстон. «Если мы можем использовать эти волны для того чтобы различать состояния плазмы, это может помочь в разработке термоядерного реактора, который стабилен и способен вырабатывать энергию.»
Но сейчас, Марстон и его коллеги с нетерпением ждут исполнения своих экспериментов.
«Если мы сможем продемонстрировать сие экспериментально, люди в плазме сообщества, мы надеемся начать обращать более пристальное внимание к этой идее», — сказал он.
Другие соавторы на бумаге были Стивен Тобиас и Ziyan Чжу.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!