科研人員在實驗室實現激光驅動湍流磁重聯

科技日報北京1月17日電 （記者張蓋倫）記者從北京師范大學了解到，我國科研人員依托上海高功率激光物理國家實驗室“神光Ⅱ”裝置，首次在實驗室實現激光驅動湍流磁重聯物理過程，并通過標度變換用于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于數十億枚氫彈的爆炸。耀斑能產生多波段輻射，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。磁重聯是等離子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等離子體熱能和動能。在天體物理中，磁重聯模型還被廣泛應用于恒星形成、太陽風與地球磁層的耦合、吸積盤物理以及伽馬暴研究。湍流磁重聯是等離子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、北京師范大學天文系仲佳勇教授領導的實驗室天體物理研究團隊，長期專注于利用強激光近距離、主動可控地模擬各類天體等離子體物理過程。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，利用高能量激光系統，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”四路激光多點燒蝕金屬靶，設計具有微擾特征且磁性相反的等離子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激光等離子體的方式驅動湍流磁重聯，激光等離子體更加容易標度變換到太陽耀斑等離子體，從而可對太陽耀斑進行更加細致和系統的定量研究。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于重聯電場，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。