Un team di fisici indiani e giapponesi ha ribaltato la vecchia nozione di sei decenni secondo cui il gigantesco campo magnetico in un plasma prodotto da laser ad alta intensità si evolve dal piccolo, scala nanometrica nel plasma bulk. Mostrano che invece il campo si origina effettivamente su scale macroscopiche definite dai confini del fascio di elettroni che si sta propagando nel plasma. Il nuovo meccanismo cerca di alterare la nostra comprensione dei campi magnetici negli scenari astrofisici e nella fusione laser e può aiutare nella progettazione di sorgenti di particelle ad alta energia di prossima generazione per l'imaging e le terapie.

Campi magnetici giganti miliardi di volte quelli della terra, esistere al caldo, plasma denso in sistemi astrofisici come le stelle di neutroni. L'elettromagnetismo di base stabilito dai tempi di Oersted e Faraday ci dice che è la corrente in un sistema che provoca campi magnetici. In un plasma ci sono due correnti, uno uno che si propaga in avanti e uno opposto, attenuazione della corrente indotta da quella diretta stessa. Se le correnti sono uguali e si sovrappongono nello spazio, non c'è campo magnetico netto. Però, piccole fluttuazioni nel plasma possono separarli e portare ad un'instabilità che cresce con il tempo. Infatti, per decenni si è creduto che i campi giganti derivino dall'interazione di correnti opposte all'interno del plasma bulk attraverso la famosa instabilità di Weibel, a scale molto più piccole delle travi stesse. Si dice quindi che il campo magnetico si estende allo spazio macroscopico attraverso quella che viene chiamata una cascata inversa, in modo "dal basso verso l'alto".

In contrasto, il team India-Giappone mostra che il campo in realtà ha origine al confine del raggio di corrente che è a scale di lunghezza macroscopiche e si sposta verso l'interno su scale più piccole (dall'alto verso il basso). E la grandezza di questo campo è molto più grande di quella causata da Weibel e da altre instabilità. Il team battezza il meccanismo che porta a questo campo magnetico "meccanismo a raggio finito" per indicare il ruolo cruciale della dimensione finita del raggio di corrente in questa modalità. Mostrano che la radiazione fuoriesce dai bordi della corrente destabilizzando il raggio e causando il campo magnetico. C'è una chiara evidenza di questa modalità nei loro esperimenti laser e simulazioni al computer.

Perché questa nuova modalità è stata persa in tutte le simulazioni al computer negli ultimi decenni? Gli autori sottolineano che ciò è dovuto ai presupposti di omogeneità ed estensione infinita tipici di tutte le simulazioni. Però, il sistema fisico reale ha confini e la fisica lì porta a diversi effetti interessanti:esempi sono la focalizzazione di particelle cariche da parte dei campi marginali all'estremità delle piastre del condensatore, il famoso effetto Casimir che porta all'attrazione tra le placche per effetto quantistico, e i modi elettromagnetici di propagazione superficiale noti come plasmoni di superficie, abbastanza popolare in nano-ottica e microscopie in campo vicino.

Attenzione! Procedi con cautela sul bordo...