Che si tratti di sfrecciare attraverso una stella o un dispositivo di fusione sulla Terra, le particelle elettricamente cariche che costituiscono il quarto stato della materia meglio conosciuto come plasma sono legate a linee di campo magnetico come perline su una corda. Sfortunatamente per i fisici del plasma che studiano questo fenomeno, le linee del campo magnetico spesso mancano di forme semplici che le equazioni possono facilmente modellare. Spesso si attorcigliano e si annodano come salatini. Qualche volta, quando le linee si fanno particolarmente contorte, si staccano e si uniscono di nuovo insieme, espellendo macchie di plasma e enormi quantità di energia.

Ora, I risultati di un team internazionale di scienziati guidati dal Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti mostrano che i campi magnetici distorti possono evolversi in tanti modi, con il plasma all'interno seguendo una regola generale. Finché c'è alta pressione all'esterno del plasma che preme verso l'interno, il plasma assumerà spontaneamente una ciambella, o toro, forma e si gonfia in direzione orizzontale. Però, l'espansione verso l'esterno è limitata dalla quantità media di torsione nel plasma, una qualità nota come "elicità".

"L'elicità impedisce alla configurazione di esplodere e la costringe ad evolversi in questo auto-organizzato, struttura contorta, "dice Christopher Smiet, un fisico al PPPL e autore principale del documento che riporta i risultati nel Journal of Plasma Physics .

I risultati si applicano all'intera gamma dei fenomeni del plasma e possono fornire informazioni sul comportamento delle nuvole magnetiche, enormi masse di plasma emesse dal sole che possono espandersi e scontrarsi con il campo magnetico terrestre. In forma lieve, le collisioni causano l'aurora boreale. Se abbastanza potente, queste collisioni possono interrompere le operazioni dei satelliti e interferire con i telefoni cellulari, sistemi di posizionamento globale, e segnali radiotelevisivi.

"Poiché gli effetti sono in parte causati da proprietà topologiche come il collegamento e la torsione che non sono influenzate dalla forma o dalle dimensioni, i risultati si applicano sia ai pennacchi di plasma dello spazio esterno lunghi migliaia di anni luce che alle strutture lunghe un centimetro nelle strutture di fusione terrestri, "dice Smiet.

Inoltre, "studiando il campo magnetico in questo quadro più generale, possiamo imparare cose nuove sui processi di auto-organizzazione all'interno dei tokamak e le instabilità che interferiscono con essi, " dice Smiet.

I futuri piani di ricerca di Smiet riguardano lo studio dei cambiamenti nei collegamenti e nelle connessioni delle linee di campo nei tokamak durante due tipi di instabilità del plasma che possono ostacolare le reazioni di fusione. "È affascinante quello che puoi imparare quando studi come si sbrogliano i nodi, "dice Smiet.

Il team di ricerca comprendeva scienziati dell'Università di Leiden, l'Istituto olandese per la ricerca energetica fondamentale, e l'Università della California-Santa Barbara. Questa ricerca è stata supportata dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (Fusion Energy Sciences) e dal programma Rubicon, in parte finanziato dall'Organizzazione olandese per la ricerca scientifica.