Fizikçiler, Şok Dalgalarında 'Sörf Yapan' Protonları Gözlemledi

Bir lazer deneyi, bilim adamlarının atom altı parçacıkların yüksek enerjilere nasıl ulaştığını anlamalarına yardımcı olabilir.

Yeni bir deney, atom altı parçacıkların, sörfçülerin dalgaları yakalamasına benzer bir süreçle hızlandırılabileceğini öne sürüyor. Protonlar elektrik yüklü parçacıkların bir karışımı olan plazma içindeki şok dalgalarını kullanarak hız artışı alırlar. Bu tür şok dalgaları, yoğunluk, sıcaklık ve basınçta ani bir artışla işaretlenen sonik patlama benzeri durumlarda oluşur.

Araştırma, bilim adamlarının kozmostaki bazı yüksek enerjili parçacıkları daha iyi anlamalarına yardımcı olabilir. Uzaydaki şok dalgalarının yüklü parçacıkları ittiği düşünülüyor, ancak parçacıkların enerjilerini nasıl aldıkları hala tam olarak anlaşılmış değil.

Fizikçiler, Nature Physics'te kozmik şok dalgalarının belirli türlerini taklit eden deneyde, protonların 80.000 elektron volta kadar enerjiye ulaştığını yayınladılar. Uzayda, örneğin, güneşten gelen yüklü parçacıkların dışarı akışının Dünya'nın manyetik alanıyla buluştuğu ve ayrıca bu parçacıkların güneş sisteminin kenarına yaklaştıkça hızlı bir şekilde yavaşladığı, sonlandırma şoku olarak adlandırılan benzer şok dalgaları meydana gelir.

Bilim adamları, bu tür kozmik şok dalgalarının fiziğini daha küçük ölçekte yeniden yaratmak için güçlü lazerler kullandılar. Deneyde, bir lazer patlaması bir hedefi buharlaştırdı ve bir hidrojen gazı bulutuna yönelen bir plazma patlaması gönderdi. Plazma gazın içinden geçerken bir şok dalgası oluştu ve gazdan gelen protonlar hızlandı.

Bilim adamları, bir manyetik alanın varlığında meydana gelen şok sörf ivmesi adı verilen bir süreçle protonların hızlandırılabileceğini tahmin etmişti. Bir parçacık, şok dalgasının elektrik alanı tarafından itilir ve manyetik alan, parçacığın rotasında kalmasına yardımcı olur. Parçacık şok dalgasından uzaklaşırsa, manyetik alan parçacığı dalgaya geri döndürmek için yörüngesini büker, böylece proton tekrar sörf yapabilir.

Yine de, ölçümler protonların hızlanmasından şok sörfünün tek başına sorumlu olup olmadığını belirlemedi. Menlo Park'taki SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'ndan araştırmaya dahil olmayan plazma fizikçisi Frederico Fiuza, "İşin gerçek zorluğu her zaman verileri yorumlama kısmında, yani bu hızlanmaya tam olarak ne sebep oldu" diyor.

Fuchs ve meslektaşları, ayrıca deneyin bilgisayar simülasyonlarını oluşturdular. Simülasyonları ve gerçek verileri karşılaştırdıklarında, gerçek veriler yine tutarlı göründü.

Michigan Üniversitesi'nden plazma fizikçisi Carolyn Kuranz, "Bu kesinlikle heyecan verici bir sonuç" diyor. Daha fazla araştırmanın, bilgisayar simülasyonlarına dayanmayan daha doğrudan kanıtları ortaya çıkarabileceğini umduğunu söylüyor. "Gelecekteki çalışmalar için çok umut verici."