Mentre intensi campi magnetici sono generati naturalmente dalle stelle di neutroni, i ricercatori hanno cercato di ottenere risultati simili per molti anni. Tao Wang, studente laureato in ingegneria meccanica e aerospaziale della UC San Diego, ha recentemente dimostrato come un campo magnetico estremamente forte, simile a quello sulla superficie di una stella di neutroni, può essere non solo generato ma anche rilevato utilizzando un laser a raggi X all'interno di un materiale solido.

Wang ha svolto le sue ricerche con l'ausilio di simulazioni condotte sul supercomputer Comet presso il San Diego Supercomputer Center (SDSC) e Stampede e Stampede2 presso il Texas Advanced Computing Center (TACC). Tutte le risorse fanno parte di un programma della National Science Foundation chiamato Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE).

"Le scoperte di Wang sono state fondamentali per l'obiettivo generale del nostro studio pubblicato di recente di sviluppare una comprensione fondamentale di come più raggi laser di estrema intensità interagiscono con la materia, " ha detto Alex Arefiev, un professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Wang, Arefiev, e i loro colleghi hanno utilizzato più grandi simulazioni tridimensionali, visualizzazione remota, e post-elaborazione dei dati per completare il loro studio, che ha mostrato come un intenso impulso laser sia in grado di propagarsi nel materiale denso a causa della sua intensità relativistica.

In altre parole, quando la velocità degli elettroni si avvicina alla velocità della luce, la loro massa diventa così pesante che il bersaglio diventa trasparente. A causa della trasparenza, l'impulso laser spinge gli elettroni a formare un forte campo magnetico. Questa forza è paragonabile a quella sulla superficie di una stella di neutroni, che è almeno 100 milioni di volte più forte del campo magnetico terrestre, e circa mille volte più forte del campo dei magneti superconduttori.

I risultati sono stati pubblicati in a Fisica del Plasma articolo di giornale intitolato "Obiettivi strutturati per il rilevamento di campi magnetici a livello di Megatesla attraverso la rotazione di Faraday dei raggi XFEL".

"Ora che abbiamo completato questo studio, stiamo lavorando su come rilevare questo tipo di campo magnetico in una struttura unica nel suo genere chiamata European X-Ray Free Electron Laser (XFEL), che comprende un acceleratore lungo 3,4 chilometri che genera lampi di raggi X estremamente intensi per essere utilizzato da ricercatori come il nostro team, " ha spiegato Arefiev.

Situato a Schenefeld, Germania, l'XFEL europeo è il luogo di lavoro di Toma Toncian, dove guida il gruppo di progetto per la costruzione e la messa in servizio della Helmholtz International Beamline for Extreme Fields allo strumento High Energy Density. È anche coautore dello studio recentemente pubblicato.

"La collaborazione molto fruttuosa tra UC San Diego e Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf sta aprendo la strada a futuri esperimenti ad alto impatto, " disse Toncian. "Mentre passiamo oggi dalla costruzione alla messa in servizio e ai primi esperimenti, le previsioni teoriche di Tao Wang sono tempestive e ci mostrano come sviluppare ulteriormente e sfruttare appieno le capacità del nostro strumento."

Secondo Mingsheng Wei, uno scienziato senior presso il Laboratory for Laser Energetics dell'Università di Rochester e coautore dell'articolo, "l'innovativo design del bersaglio a microcanali esplorato nel lavoro di simulazione potrebbe essere dimostrato utilizzando il nuovo materiale in schiuma polimerica a bassa densità che è solo poche volte più pesante dell'aria secca contenuta nei tubi microstrutturati".

"Poiché i set di dati risultanti dei nostri esperimenti che utilizzano XFEL sono molto grandi, la nostra ricerca non sarebbe stata possibile su un normale desktop:non avremmo potuto completare questo studio senza l'uso dei supercomputer XSEDE, " ha detto Arefiev. "Siamo anche molto grati all'Ufficio per la ricerca scientifica dell'aeronautica per aver reso possibile questo progetto".

Arefiev ha detto che gli sforzi di utilizzo del supercomputer del loro gruppo si basavano sulla guida di Amit Chourasia, scienziato senior della visualizzazione di SDSC, che ha contribuito a creare strumenti di visualizzazione parallela remota per i ricercatori.

"È fantastico lavorare in tandem con gruppi di ricerca e dotarli di metodi potenti, utensili, e un piano di esecuzione che a sua volta spinge la loro ricerca a un ritmo accelerato con l'aiuto di HPC e visualizzazione, siamo grati di svolgere un ruolo nel consentire nuove scoperte, " disse Chourasia.