作者拉斐尔·罗森，普林斯顿等离子体物理实验室 艺术家对流经托卡马克聚变装置的电流的描绘
信用:Elle Starkman 电流无处不在，从给家庭供电到控制为聚变反应提供燃料的等离子体，再到可能产生巨大的宇宙磁场
现在，美国大学的科学家
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能源部普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)发现电流可以以前所未有的方式形成
这项新发现可能会让研究人员更有能力将驱动太阳和恒星的聚变能量带到地球上
“了解哪些过程在等离子体中产生电流，哪些现象会干扰它们，这一点非常重要，”伊恩·欧克斯说，他是普林斯顿大学等离子体物理项目的研究生，也是《等离子体物理》特稿的主要作者
“它们是我们在磁聚变研究中用来控制等离子体的主要工具
" 聚变是以等离子体的形式将轻元素粉碎在一起的过程，等离子体是由自由电子和原子核组成的带电热物质状态，产生大量能量
科学家们正在寻求复制聚变，以获得几乎取之不尽的电力供应来发电
意想不到的电流出现在称为托卡马克的环形聚变装置的等离子体中
当一种特定类型的电磁波自发形成时，电流就产生了，比如收音机和微波炉发出的电磁波
欧克斯说，这些波浪推动一些已经在运动的电子，“它们像冲浪者在冲浪板上冲浪一样驾驭波浪”
但是这些波的频率很重要
当频率很高时，波导致一些电子向前移动，另一些电子向后移动
这两种运动相互抵消，没有电流产生
然而，当频率较低时，波向前推动电子，向后推动原子核或离子，最终产生净电流
欧克斯发现，当低频波是一种被称为“离子声波”的特殊类型，类似于空气中的声波时，研究人员可以令人惊讶地产生这些电流
这一发现的意义从相对小规模的实验室延伸到大规模的宇宙
“宇宙中存在不同尺度的磁场，包括星系的大小，我们真的不知道它们是如何到达那里的，”欧克斯说
“我们发现的机制可能有助于产生宇宙磁场，任何能够产生磁场的新机制都会引起天体物理学界的兴趣
" 纸笔计算的结果由数学表达式组成，这些表达式使科学家能够计算出这些电流是如何发展和增长的，这些电流是在没有电子直接相互作用的情况下产生的
“这些表达方式并不简单，”欧克斯说
“我们必须浓缩这些发现，使它们足够清晰，并使用简单的表达来捕捉关键的物理现象
" 这个结果加深了对基本物理现象的理解，也是出乎意料的
欧克斯说，它们似乎与电流驱动需要电子碰撞的传统观念相矛盾
“波是否能驱动等离子体中任何电流的问题实际上非常深入，并涉及到等离子体中波的基本相互作用，”该论文的合著者、天体物理科学系教授兼副教授、等离子体物理项目主任纳撒尼尔·菲舍尔说
“欧克斯以高超、说教的方式，用数学的严谨推导出的，不仅是这些效应有时是如何平衡的，而且是这些效应有时是如何合谋形成净电流的
" 这些发现为未来的研究奠定了基础
“让我特别兴奋的是，”菲舍尔说，“欧克斯建立的数学形式主义，连同他获得的物理直觉和洞察力，现在让他处于一个位置，要么挑战，要么在等离子体中波与共振粒子的相互作用中建立一个更奇怪的行为的坚实基础
"
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