Gli scienziati del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) hanno scoperto condizioni chiave che danno origine a una rapida riconnessione magnetica, il processo che innesca i brillamenti solari, aurore, e tempeste geomagnetiche che possono interrompere la trasmissione del segnale e altre attività elettriche, compreso il servizio di telefonia mobile. Il processo si verifica quando le linee del campo magnetico nel plasma, il caldo, stato carico della materia composto da elettroni liberi e nuclei atomici, spezzarsi e riconnettersi violentemente, liberando grandi quantità di energia. Questo accade in sottili fogli di plasma, chiamati fogli correnti, in cui la corrente elettrica è fortemente concentrata.

Incorporando simulazioni al computer, i risultati si aggiungono a una precedente teoria della riconnessione rapida sviluppata matematicamente dai fisici del PPPL e dell'Università di Princeton. I nuovi risultati incorporano un modello predittivo che fornisce una descrizione più completa della fisica coinvolta.

L'impatto della riconnessione può essere sentito in tutto l'universo. Il processo potrebbe causare enormi esplosioni di radiazioni gamma che si ritiene siano associate alle esplosioni di supernovae e alla formazione di stelle di neutroni e buchi neri ultra-densi. "Un lampo di raggi gamma nella nostra galassia della Via Lattea, se puntando verso la Terra, potrebbe potenzialmente causare un evento di estinzione di massa, " ha detto il fisico PPPL Yi-Min Huang, autore principale di un articolo che riporta i risultati in Giornale Astrofisico . "Chiaramente, è importante sapere quando, come, e perché avviene la riconnessione magnetica."

Gli scienziati hanno osservato che la riconnessione avviene all'improvviso, dopo un lungo periodo di comportamento a riposo dei campi magnetici all'interno dei fogli di corrente. Cosa fa esattamente separare e riconnettere i campi magnetici, e perché la riconnessione avviene più rapidamente di quanto la teoria dica che dovrebbe?

Utilizzando simulazioni al computer e analisi teoriche, i fisici hanno dimostrato che un fenomeno chiamato "instabilità plasmoide" crea bolle all'interno del plasma che possono portare alla riconnessione quando si verificano determinate condizioni:

• Il plasma deve avere un numero di Lundquist alto, che caratterizza quanto bene conduce l'elettricità.
• Fluttuazioni casuali nel campo magnetico del plasma forniscono "semi" da cui cresce l'instabilità del plasma.

Presi insieme, queste condizioni consentono alle instabilità plasmoidi di dar luogo a riconnessione nei fogli di corrente. "Il nostro studio suggerisce che l'interruzione del foglio corrente causata dall'instabilità del plasmoide può fornire un innesco, "Ha detto Huang.

Il grilletto rompe i fogli bidimensionali di corrente elettrica all'interno del plasma in bolle, o plasmoidi, e molti fogli più piccoli. Il numero crescente di fogli crea maggiori opportunità per le linee magnetiche di spezzarsi e unirsi. La riconnessione avviene anche in più di un luogo, causando un aumento del tasso aggregato per un intero sistema.

La dimensione ridotta dei fogli correnti accelera anche la riconnessione. Le forze elettromagnetiche tendono a spingere il plasma tra i fogli, producendo un movimento che accelera quando i fogli si rompono in quelli più piccoli. Il plasma in accelerazione unisce più rapidamente le linee magnetiche e porta a tassi di riconnessione più rapidi.

Huang e altri fisici vorrebbero testare il loro nuovo modello utilizzando macchine sperimentali con capacità aggiuntive. Sebbene al momento non esista una macchina del genere, i ricercatori non vedono l'ora che arrivi una nuova unità online.