Gli scienziati hanno scoperto un nuovo modo per classificare i plasmi magnetizzati che potrebbe portare a progressi nella raccolta sulla Terra dell'energia di fusione che alimenta il sole e le stelle. La scoperta dei teorici del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha scoperto che un plasma magnetizzato ha 10 fasi uniche e le transizioni tra di loro potrebbero avere ricche implicazioni per lo sviluppo pratico.

I confini spaziali, o transizioni, tra le diverse fasi sosterrà eccitazioni d'onda localizzate, i ricercatori hanno scoperto. "Questi risultati potrebbero portare a possibili applicazioni di queste eccitazioni esotiche nello spazio e nei plasmi di laboratorio, " disse Yichen Fu, uno studente laureato presso PPPL e autore principale di un articolo in Comunicazioni sulla natura che delinea la ricerca. "Il prossimo passo è esplorare cosa potrebbero fare queste eccitazioni e come potrebbero essere utilizzate".

Possibili applicazioni

Le possibili applicazioni includono l'utilizzo delle eccitazioni per creare corrente nei plasmi di fusione magnetica o facilitare la rotazione del plasma negli esperimenti di fusione. Però, "Il nostro documento non considera alcuna applicazione pratica, " disse il fisico Hong Qin, co-autore del documento e consigliere di Fu. "La carta è la teoria di base e la tecnologia seguirà la comprensione teorica".

Infatti, "la scoperta delle 10 fasi nel plasma segna uno sviluppo primario nella fisica del plasma, " Qin ha detto. "Il primo e più importante passo in ogni sforzo scientifico è quello di classificare gli oggetti oggetto di indagine. Qualsiasi nuovo schema di classificazione porterà a un miglioramento della nostra comprensione teorica e ai successivi progressi tecnologici, " Egli ha detto.

Qin cita la scoperta dei principali tipi di diabete come esempio del ruolo che la classificazione gioca nel progresso scientifico. "Quando si sviluppano trattamenti per il diabete, gli scienziati hanno scoperto che c'erano tre tipi principali, " ha detto. "Ora i medici possono curare efficacemente i pazienti diabetici".

Fusione, che gli scienziati di tutto il mondo stanno cercando di produrre sulla Terra, combina elementi leggeri sotto forma di plasma:il caldo, stato carico della materia composto da elettroni liberi e nuclei atomici che costituisce il 99 percento dell'universo visibile, per rilasciare enormi quantità di energia. Tale energia potrebbe fungere da fonte di energia sicura e pulita per la generazione di elettricità.

Le fasi plasmatiche che PPPL ha scoperto sono tecnicamente note come "fasi topologiche, " indicando le forme delle onde supportate dal plasma. Questa proprietà unica della materia è stata scoperta per la prima volta nella disciplina della fisica della materia condensata negli anni '70, una scoperta per la quale il fisico Duncan Haldane della Princeton University ha condiviso il Premio Nobel 2016 per il suo lavoro pionieristico.

Robusto e intrinseco

Le onde di plasma localizzate prodotte dalle transizioni di fase sono robuste e intrinseche perché "topologicamente protette, " ha detto Qin. "La scoperta che questa eccitazione topologicamente protetta esiste nei plasmi magnetizzati è un grande passo avanti che può essere esplorato per applicazioni pratiche, " Egli ha detto.

Per il primo autore Fu, "Il progresso più importante nel documento è guardare al plasma in base alle sue proprietà topologiche e identificare le sue fasi topologiche. Sulla base di queste fasi identifichiamo la condizione necessaria e sufficiente per le eccitazioni di queste onde localizzate. Quanto a come questo progresso può essere applicato per facilitare la ricerca sull'energia da fusione, dobbiamo scoprirlo».