作者约翰·格林沃尔德，普林斯顿等离子体物理实验室 物理学家劳拉·张鑫用她论文中的数据
信用:艾丽·斯塔克曼/PPPL通信办公室
解开为聚变反应提供燃料的热带电等离子体粒子的之字形舞蹈，有助于在地球上利用为太阳和恒星提供能量的聚变能量
在美国
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能源部普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的一名实验学家和两名理论家开发了一种新的算法，或一套计算机规则，用于跟踪挥发性粒子，这可能会促进安全、清洁和几乎无限的能源的到来
密切互动 PPPL大学的主要理论物理学家秦虹说:“这是一个关于理论家和实验家之间密切互动的成功故事，展示了我们可以做些什么。”
他和他建议的理论研究生富，与实验研究生劳拉在算法方面进行了合作，劳拉是一篇论文的主要作者，这篇论文发表在《物理评论》杂志上
秦和傅合著了这篇论文
聚变通过以等离子体的形式结合轻元素来释放大量能量，从而为太阳和恒星提供动力。等离子体是由自由电子和原子核或离子组成的物质状态，占可见宇宙的99%
世界各地的科学家都在寻求在地球上产生可控聚变，作为发电的理想来源
新的PPPL算法有助于追踪等离子体中的快速带电粒子
举例来说，这些粒子可能来自高能中性束的注入，这些高能中性束在等离子体中被分解或“电离”，并与主等离子体粒子碰撞
“我们关心这个是因为我们想了解这些快速粒子是如何影响等离子体的，”张说
当中性束分解成快速等离子体粒子时，起着许多作用
“我们用它们来做各种事情，”张说
“它们可以加热并驱动等离子体中的电流
有时它们会产生等离子体不稳定性，有时会降低等离子体不稳定性
我们的模拟是理解这些粒子行为的一部分
" 首先是一个问题 当张第一次尝试模拟快速粒子时，她遇到了一个问题
她使用了一种经典算法，这种算法在粒子碰撞的俯仰角散射过程中无法保存能量
这种散射经常在聚变等离子体中观察到，当电子与离子碰撞时，离子的重量大约是碰撞时的2000倍，类似于乒乓球从篮球上反弹
她回忆说，对张来说，这个问题“类似于试图模拟行星的轨道”
正如轨道的能量不变一样，“你需要一种算法来保存散射的等离子体粒子的能量，”她说
“保存这种能量是至关重要的，”张咨询的秦说
“如果模拟这一过程的算法不能保存粒子的能量，模拟就不可信，”他说
因此，他设计了另一种方法，一种明确可解的算法，以保存粒子的能量，张继续尝试
“我本质上是一个实验主义者，我解决问题的方法就是尝试它，”她说
“因此，我进行了一系列模拟，并进行了各种数值实验，结果表明，该算法比无法节能的经典算法效果更好
“然而，替代方法无法从理论上得到证明
接下来，秦把这个问题交给了研究生傅，他用巧妙的数学方法证明了这个算法的正确性，这可能成为进一步解决问题的一个步骤
“我们开发的算法是针对简化模型的，”张说
“它删除了几个重要的术语
但是我正在向前充电，目标是将我们开发的算法应用到新的等离子体物理问题中
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