可以說電流無處不在，從給家庭供電到控制為聚變反應提供燃料的等離子體，再到可能產(chǎn)生巨大的宇宙磁場?，F(xiàn)在，美國能源部(DOE)普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)的科學家們，發(fā)現(xiàn)電流可以以前所未有的方式形成。

這些新發(fā)現(xiàn)可能會給科學家?guī)砀蟮哪芰Γ瑢Ⅱ?qū)動太陽和恒星的聚變能量帶到地球上。普林斯頓大學等離子體物理項目的研究生伊恩·奧克斯(Ian Ochs)說：

了解哪些過程會在等離子體中產(chǎn)生電流，以及哪些現(xiàn)象可能會干擾它們，這一點非常重要，其研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《等離子體物理學》期刊上。電流是在磁聚變研究中用來控制等離子體的主要工具。核聚變是以等離子體的形式將輕元素撞擊在一起的過程，等離子體是由自由電子和原子核組成物質(zhì)的熱、帶電狀態(tài)，產(chǎn)生大量的能量?？茖W家們正在尋求復制聚變，以提供幾乎取之不盡的電力來發(fā)電。

這些意想不到的電流，出現(xiàn)在被稱為托卡馬克甜甜圈形狀聚變設施中的等離子體中。當一種特定類型的電磁波（如收音機和微波爐發(fā)出的電磁波）自發(fā)形成時，電流就會產(chǎn)生。這些波推動了一些已經(jīng)在移動的電子，這些電子就像沖浪板上的沖浪者一樣。但是這些波的頻率很重要，當頻率較高時，波會導致一些電子向前移動，另一些電子向后移動，這兩個運動相互抵消，不會產(chǎn)生電流。

發(fā)現(xiàn)電流產(chǎn)生的新機制

然而，當頻率較低時，波在電子上向前推進，在原子核或離子上向后推進，最終產(chǎn)生凈電流。研究發(fā)現(xiàn)，當?shù)皖l波是一種名為“離子聲波”的特殊類型時，可以令人驚訝地產(chǎn)生這些電流，這種類型類似于空氣中的聲波。這一發(fā)現(xiàn)的意義，從實驗室相對較小規(guī)模延伸到宇宙的巨大規(guī)模。宇宙中有不同尺度的磁場，包括星系的大小，真不知道它們是如何到達那里的。

新發(fā)現(xiàn)的機制可能有助于了解宇宙磁場是如何“播種”的，任何可以產(chǎn)生磁場的新機制都會引起天體物理學家的興趣。紙筆計算的結果由數(shù)學表達式組成，使科學家能夠計算這些沒有直接相互作用的電流是如何發(fā)展和增長的。這些表達式的表述并不簡單。必須濃縮這些發(fā)現(xiàn)，這樣它們才會足夠清晰，并使用簡單的表達式來捕捉關鍵物理問題。研究結果加深了對一種基本物理現(xiàn)象的理解，也是意想不到的。

似乎與傳統(tǒng)的觀念相矛盾，即電流驅(qū)動需要電子碰撞。研究的合著者、天體物理科學系教授兼副主任、等離子體物理項目主任納撒尼爾·菲施(Nathaniel Fisch)說：波是否能在等離子體中驅(qū)動任何電流的問題實際上是非常深刻的，涉及到等離子體中波的基本相互作用。研究以精湛的說教方式和數(shù)學上的嚴謹，推導出的不僅是這些效應有時是如何平衡的，而且這些效應有時是如何合力形成凈電流的，這些發(fā)現(xiàn)也為今后的研究奠定了基礎。

博科園｜研究/來自：普林斯頓等離子體物理實驗室

參考期刊《等離子體物理學》

DOI: 10.1063/5.0011516

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