La corrente elettrica è ovunque, dall'alimentazione delle case al controllo del plasma che alimenta le reazioni di fusione fino alla possibile origine di vasti campi magnetici cosmici. Ora, gli scienziati del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) hanno scoperto che le correnti elettriche possono formarsi in modi sconosciuti prima. Le nuove scoperte potrebbero dare ai ricercatori una maggiore capacità di portare l'energia di fusione che guida il sole e le stelle sulla Terra.

"È molto importante capire quali processi producono correnti elettriche nel plasma e quali fenomeni potrebbero interferire con esse, " ha detto Ian Ochs, studente laureato nel programma di fisica del plasma dell'Università di Princeton e autore principale di un articolo selezionato come articolo di primo piano in Fisica dei Plasmi . "Sono lo strumento principale che usiamo per controllare il plasma nella ricerca sulla fusione magnetica".

La fusione è il processo che rompe insieme gli elementi leggeri sotto forma di plasma:il caldo, stato carico della materia composto da elettroni liberi e nuclei atomici, che genera enormi quantità di energia. Gli scienziati stanno cercando di replicare la fusione per una fornitura virtualmente inesauribile di energia per generare elettricità.

Le correnti inaspettate sorgono nel plasma all'interno di strutture di fusione a forma di ciambella conosciute come tokamak. Le correnti si sviluppano quando un particolare tipo di onda elettromagnetica, come quelli emessi da radio e forni a microonde, si forma spontaneamente. Queste onde spingono alcuni degli elettroni già in movimento, "che cavalcano l'onda come surfisti su una tavola da surf, " disse Och.

Ma le frequenze di queste onde contano. Quando la frequenza è alta, l'onda fa muovere alcuni elettroni in avanti e altri indietro. I due movimenti si annullano a vicenda e non c'è corrente.

Però, quando la frequenza è bassa, le onde spingono avanti sugli elettroni e indietro sui nuclei atomici, o ioni, creando una corrente elettrica netta dopo tutto. Ochs ha scoperto che i ricercatori potevano creare sorprendentemente queste correnti quando l'onda a bassa frequenza era un tipo particolare chiamato "onda acustica ionica" che assomiglia alle onde sonore nell'aria.

Il significato di questa scoperta si estende dalla scala relativamente piccola del laboratorio alla vasta scala del cosmo. "Ci sono campi magnetici in tutto l'universo su scale diverse, compresa la dimensione delle galassie, e non sappiamo davvero come siano arrivati ​​lì, " Ha detto Ochs. "Il meccanismo che abbiamo scoperto potrebbe aver aiutato a seminare campi magnetici cosmici, e qualsiasi nuovo meccanismo in grado di produrre campi magnetici è interessante per la comunità degli astrofisici".

I risultati dei calcoli con carta e matita consistono in espressioni matematiche che danno agli scienziati la capacità di calcolare come queste correnti, che si verificano senza che gli elettroni interagiscano direttamente, svilupparsi e crescere. "La formulazione di queste espressioni non era semplice, " Ochs ha detto. "Abbiamo dovuto condensare i risultati in modo che fossero sufficientemente chiari e utilizzare espressioni semplici per catturare la fisica chiave".

I risultati approfondiscono la comprensione di un fenomeno fisico di base e sono stati anche inaspettati. Sembrano contraddire la nozione convenzionale secondo cui gli azionamenti attuali richiedono collisioni di elettroni, disse Och.

"La questione se le onde possano guidare qualsiasi corrente nel plasma è in realtà molto profonda e riguarda le interazioni fondamentali delle onde nel plasma, " disse Nathaniel Fisch, un coautore del documento, professore e presidente associato del Dipartimento di Scienze Astrofisiche, e direttore del Programma in Fisica del Plasma. "Ciò che Ochs trasse in magistrale, moda didattica, con rigore matematico, non era solo il modo in cui questi effetti sono talvolta bilanciati, ma anche come questi effetti a volte concorrano a consentire la formazione di correnti elettriche nette."

Questi risultati gettano le basi per la ricerca futura. "Ciò che mi eccita particolarmente, "Fisch ha detto, "è che il formalismo matematico che ha costruito Ochs, insieme alle intuizioni fisiche e alle intuizioni che ha acquisito, ora lo mettono in condizione di sfidare o di mettere su solide basi un comportamento ancora più curioso nelle interazioni delle onde con le particelle risonanti nel plasma."