Scienziati dall'India e dal Portogallo hanno ricreato la turbolenza solare su un tavolo usando un impulso laser ultracorto ad alta intensità per eccitare un plasma denso e ha seguito l'evoluzione del gigantesco campo magnetico generato dalla dinamica del plasma. Questo apre la possibilità di studiare fenomeni astrofisici come l'evoluzione delle stelle, nel laboratorio.

Le dinamiche turbolente del campo magnetico che spiegano fenomeni astrofisici come l'evoluzione delle stelle sono state finora ottenute solo attraverso osservazioni tramite telescopi e satelliti. Ora, un team di scienziati provenienti da India e Portogallo ha ricreato tale turbolenza magnetica su un tavolo in laboratorio, utilizzando un impulso laser ultracorto ad alta intensità per eccitare un caldo, plasma denso su una superficie solida e ha seguito l'evoluzione estremamente rapida del gigantesco campo magnetico generato dalla dinamica del plasma. Questo studio innovativo sarà pubblicato in Comunicazioni sulla natura il 30 giugno.

La turbolenza è ovunque, dalle tazze da tè ai tokamak, dai getti d'acqua ai sistemi meteorologici, è qualcosa che tutti vediamo e sperimentiamo. Ancora, anche dopo secoli di seri studi scientifici, la turbolenza del fluido non è ancora stata compresa correttamente. Sebbene sia difficile definire semplicemente la turbolenza, ha molte caratteristiche riconoscibili, le più comuni sono le fluttuazioni di parametri come velocità e pressione, indicando la randomizzazione del flusso.

La turbolenza non è tutta cattiva e distruttiva, nonostante fenomeni come la turbolenza dell'aria su un volo in caso di maltempo. Una buona caratteristica è che consente una miscelazione molto più rapida di quanto possibile con solo normali, diffusione lenta. Ad esempio, lo zucchero aggiunto a una tazza di tè impiegherebbe ore o giorni a disperdersi indisturbato, ma l'agitazione rende il tè turbolento, con conseguente rapida miscelazione a livello molecolare. La turbolenza aiuta anche a miscelare carburante e ossigeno per una combustione efficiente nei motori.

Gran parte del nostro universo è costituito da gas altamente ionizzato noto come plasma, che spesso può essere estremamente caldo e vorticoso a velocità inimmaginabili. La turbolenza in un plasma è molto più complessa di quella nei fluidi idrodinamici neutri. In un ambiente di plasma carico, la carica negativa, gli elettroni leggeri e gli ioni pesanti positivi rispondono a lunghezze e scale temporali molto diverse. Il movimento di queste specie cariche è governato da forze elettromagnetiche e il flusso di corrente attraverso la dinamica delle particelle cariche porta alla generazione di campi magnetici. Perciò, la casualità dei campi magnetici spesso imita la turbolenza dei fluidi nei plasmi.

Il team di scienziati che guida questo nuovo studio ha scoperto che la turbolenza nel campo magnetico è inizialmente guidata dagli elettroni (a un trilionesimo di secondo) e gli ioni intervengono e prendono il sopravvento in tempi più lunghi. È la prima volta che si intravede una simile "staffetta" che coinvolge due specie diverse. Ulteriore, queste osservazioni di laboratorio hanno una strana somiglianza con i dati satellitari sugli spettri del campo magnetico misurati per plasmi astrofisici turbolenti nel vento solare, fotosfera solare e magnetoguaina terrestre. Sebbene nell'esperimento laser gli elettroni nel plasma siano inizialmente eccitati, la risposta ionica dominante che si attiva in tempi successivi mostra caratteristiche spettrali simili a quelle dei sistemi astronomici. Questi esperimenti stabiliscono quindi chiare connessioni tra i due scenari, anche se il driver della turbolenza nel plasma di laboratorio è molto diverso da quello del sistema astrofisico.