实验室探索的宇宙磁场机制

等离子体是太热的物质，电子与原子分离。电子自由漂浮，原子变成离子。这会产生一种电离气体 - 等离子体 - 几乎构成了所有可见宇宙。最近的研究表明，磁场可以在等离子体中自发出现。如果等离子体具有温度各向异性(温度沿不同空间方向不同)，则可能会发生这种情况。

这种机制被称为Weibel 不稳定.它被预测 血浆 理论家埃里克·韦贝尔(Eric Weibel)在六十多年前，但直到现在才在实验室中被明确地观察到。新研究，现已发表于 美国国家科学院院刊，发现这个过程可以将温度各向异性中储存的能量的很大一部分转化为 磁场 能源。它还发现，魏贝尔不稳定性可能是渗透到整个宇宙中的磁场的来源。

我们的事情 可观测宇宙 是等离子体状态，它是磁化的。微高斯级的磁场(约占地球磁场的百万分之一)渗透到星系中。这些磁场被认为是通过星系的螺旋运动从弱种子场放大的，被称为银河发电机。种子磁场是如何产生的是天体物理学中一个长期存在的问题。

这项新工作为微高斯级种子磁场起源的这个棘手问题提供了一个可能的解决方案。该研究使用了一种新颖的平台，该平台具有研究实验室等离子体中与天体和高能量密度物理学相关的超快磁场动力学的巨大潜力。

六十年前首次提出理论，由温度各向异性驱动的Weibel不稳定性被认为是许多实验室和天体物理等离子体自磁化的重要机制。然而，科学家们在明确证明Weibel不稳定性方面面临着两个挑战。首先，直到最近，研究人员还无法产生Weibel最初设想的具有已知温度各向异性的等离子体。其次，研究人员没有合适的技术来测量随后在等离子体中产生的磁场的复杂和快速发展的拓扑结构。

这项工作由布鲁克海文国家实验室能源部(DOE)用户设施加速器测试设施的独特功能实现，采用了一种新的实验平台，允许研究人员通过使用超短但强烈的二氧化碳激光脉冲在数十万亿分之一秒的时间尺度上创建具有已知高度各向异性电子速度分布的氢等离子体。

等离子体随后的热化是通过等离子体电流的自组织发生的，产生由Weibel不稳定性驱动的磁场。这些场足够大，可以偏转相对论性 电子 以显示距等离子体一定距离的磁场图像。研究人员通过使用一皮秒相对论电子束来探测这些磁场，获得了这些磁场演变的电影，具有精确的时空分辨率。

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