一项新的研究表明,科学家应该能够在地球上创造出与黑洞和中子星磁场强度相当的磁场
大阪大学工程师村上正胜及其同事发表的一篇新研究论文指出,用激光轰击微管可以产生强磁场,对于开展基础物理学、材料科学和天文学的研究至关重要。该论文于10月6日发表在《生活科学》杂志上。
地球上的大多数磁场,甚至是人造磁场,都不是特别强。在医院使用的磁共振成像(MRI)通常产生约1特斯拉,或10,000高斯。(为了便于比较,将罗盘针向北摆动的地磁场记录的是0.3 - 0.5高斯。) 一些磁共振成像设备使用的磁场高达10.5特斯拉(10.5万高斯),2018年的一项实验室实验使用激光创造了一个高达1200特斯拉(约1千拉)的磁场。但目前还没有能够高于这一数值。
现在,产生一个高达100万特斯拉的巨大磁场是可能的。村上隆和他的团队使用计算机仿真和建模方法发现,在直径仅为几微米的空心管上发射超强激光脉冲会激发管壁中的电子,并使某些电子跃入到管中心的空心腔中,将管内实现爆炸。这些超热电子的相互作用以及在管内爆炸时产生的真空会导致电流的流动。电荷的流动便产生了磁场。研究人员发现,在这种情况下,电流可以将原本存在的磁场放大两到三个数量级。
megatesla磁场不会持续很长时间,大约10纳秒后会消失。但这对于现代物理学实验来说是足够的了,因为现代物理实验经常研究那些瞬间就不复存在的粒子。
村上和他的团队使用超级计算机模拟来进一步证实超级磁场是可以用现代技术实现的。他们计算出,在现实世界中制造这些磁场,需要一个脉冲能量为0.1到1千焦,总功率为10到100千兆瓦。(1亿兆瓦是10亿瓦特。)据《科学》杂志在2018年的报道,欧洲极端光基础设施已经部署了10兆瓦激光器,中国科学家正计划制造一个100兆瓦激光器。
超强磁场在基础物理学中有多种应用,包括在寻找暗物质方面。《生活科学》(Live Science)杂志先前曾报道过,超强磁体还可以将核聚变反应堆内的等离子体限制在较小的区域内,从而为将来获得可行的聚变能源铺平了道路。