ایجاد میدان مغناطیسی هم اندازه سیاه چاله‌ها در زمین

 

بیشتر میدان‌های مغناطیسی روی زمین (حتی نوع مصنوعی آنها) از قدرت خاصی برخوردار نیستند. تصویرسازی تشدید مغناطیسی (MRI) که در بیمارستان‌ها استفاده می‌شود، معمولاً میدانی در حدود یک تسلا یا ۱۰ هزار گاوس تولید می‌کند. (برای مقایسه، میدان ژئومغناطیسی که جهت قطب‌نما را به سمت شمال می‌چرخاند بین ۰.۳ تا ۰.۵ گاوس هستند).

 

اکنون، شبیه سازی‌های جدید نشان می‌دهد که تولید یک میدان مگاتسلا - یعنی میدان یک میلیون تسلا - ممکن است. موراکامی و تیمش با استفاده از شبیه سازی و مدلسازی رایانه‌ای دریافتند که شلیک پالس‌های لیزر بسیار شدید در لوله‌های توخالی با قطر چند میکرون می‌تواند به الکترون‌های دیواره لوله انرژی دهد و باعث چند جهشی به داخل حفره توخالی در مرکز لوله و انفجار آن شود.

 

فعل و انفعالات این الکترون‌های بسیار داغ و خلا ایجاد شده در اثر انفجار لوله منجر به جریان جریان الکتریکی می‌شود. جریان بار‌های الکتریکی همان چیزی است که یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند. محققان دریافتند در این حالت، جریان الکتریکی می‌تواند یک میدان مغناطیسی از پیش موجود با دو تا سه مرتبه قدرت بیشتر ایجاد کند. میدان مغناطیسی مگاتسلا دوام زیادی نخواهد داشت و پس از حدود ۱۰ نانو ثانیه محو می‌شود، اما باز هم این زمان برای انجام آزمایش‌های فیزیک مدرن کافی است که اغلب با ذرات و شرایطی کار می‌کنند که در کمتر از یک چشم بر هم زدن از بین می‌روند.

 

موراکامی و دیگر محققان سپس از شبیه‌سازی ابر رایانه استفاده کردند تا تأیید کنند که این میدان‌های مغناطیسی فوق العاده قوی برای فناوری مدرن در دسترس هستند. آن‌ها محاسبه کردند که ایجاد این میدان‌های مغناطیسی در دنیای واقعی به یک سیستم لیزر با انرژی پالس ۰.۱ تا یک کیلوژول و قدرت کل ۱۰ تا ۱۰۰ پتاوات نیاز دارد. (پتاوات یک میلیون میلیارد وات است.) در حال حاضر لیزر‌های ۱۰ پتاواتی به عنوان بخشی از برنامه زیرساخت نور شدید اروپا (European Extreme Light Infrastructure) در حال استفاده هستند و دانشمندان چینی نیز در حال ساخت یک لیزر ۱۰۰ پتاواتی به نام ایستگاه نور شدید (Station of Extreme Light) هستند که خبرش را سال ۲۰۱۸ در مجله Science اعلام کردند.

 

میدان‌های مغناطیسی فوق العاده قوی کاربرد‌های مختلفی در فیزیک بنیادی دارند که می‌توان به جستجوی ماده تاریک اشاره کرد. مجله لایو ساینس قبلا گزارش داده بود، آهن ربا‌های فوق العاده قوی همچنین می‌توانند پلاسما را در داخل راکتور‌های همجوشی هسته‌ای به یک منطقه کوچکتر محدود کنند و زمینه را برای انرژی همجوشی مناسب در آینده فراهم کنند.

 

یافته‌های این مطالعه در مجله" Scientific Reports "منتشر شده است.