布朗大学 一个日珥，一股沿着磁力线运动的等离子体射流，从太阳表面爆发出来
新的研究表明，磁场中的等离子体表面应该有“拓扑保护”波，这可以帮助科学家更好地理解等离子体物理
信用:美国国家航空航天局/航天发展组织 大约50年前，布朗大学的物理学家迈克尔·科斯特利兹和他的同事用拓扑学的数学来解释某些类型物质令人困惑的相变，拓扑学是研究物体如何通过拉伸或扭曲而不是撕裂或断裂来变形
这项工作为科斯特利兹赢得了2016年诺贝尔物理学奖，并导致了各种系统拓扑现象的发现，从仅在其边缘导电的薄膜，到在地球赤道海洋和大气中传播的奇怪波
现在，包括另一位布朗物理学家在内的一组研究人员，为这个不断增长的列表添加了一个新的拓扑现象
在新的理论研究中，该团队表明拓扑起源的电磁波应该存在于等离子体的表面——离子化气体的热汤
如果这一理论被证明是正确的，这些波可以为科学家提供一种新的方法来探测等离子体的特性，等离子体存在于从荧光灯泡到恒星的所有物体中
这项研究由劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究科学家杰弗里·帕克领导，布朗大学的物理学教授布拉德·马斯顿和其他人合作
这篇论文发表在《物理评论快报》上
当系统暴露在强磁场中时，被称为气体等离子体激元的波沿着等离子体及其周围的界面传播
马斯顿说，这些波的有趣之处在于它们受到“拓扑保护”，这意味着它们天生就存在于系统中，并且能抵抗杂质的散射
马斯顿说:“任何时候你有一个防散射的波浪，这意味着它们可以在很长一段距离内保持完整。”
“实际上，我们希望这些可以用于诊断血浆状态
等离子体物理学中的一个大问题是在不干扰等离子体的情况下计算出等离子体的状态
如果你插入一个探针，你会破坏系统
我们也许能够利用这些波来辨别等离子体的状态，而不干扰它
" 马斯顿说，思考拓扑保护的一种方式是所谓的毛球定理
想象一个长满长毛的球
如果一个人试图把那些头发梳理下来，球上总会有至少一个地方的头发不会平放
“这个地方将永远存在，”马斯顿说
“你可以把它挪来挪去，但摆脱它的唯一方法是拔掉一些头发
但是除非有像那样的暴力事件，如果你只是持续操纵它而不撕扯任何东西，总会有一个漩涡
" 马斯顿说，毛球上一直存在的漩涡在数学上类似于等离子体表面的波浪
“在这种情况下，总会有一个漩涡，但它在波数空间，不同波的波长，”他说
“它比真实空间中的要抽象一点，但是数学基本上是相似的
" 充实了这些波的理论基础后，下一步是进行实验来确认它们真的存在
马斯顿和他的同事最近获得了布朗大学的种子基金来帮助他们做到这一点
在加州大学洛杉矶分校基础等离子体物理设施的研究人员的帮助下，马斯顿和他的同事计划进行实验来探测这些波
最终，马斯顿希望这些波的发现可以成为等离子体物理学的福音，帮助科学家更好地理解和控制等离子体系统
马斯顿感兴趣的一个主要领域是等离子聚变反应堆
这样的反应堆有朝一日可以利用核聚变来生产大量的清洁能源，但是到目前为止，等离子系统已经被证明很难控制
“从长远来看，我们希望这能对聚变能产生影响，”马斯顿说
“如果我们能够利用这些波来辨别等离子体的状态，这可能有助于设计一个稳定的能够产生能量的聚变反应堆
" 但是现在，马斯顿和他的同事们期待着进行他们的实验
“如果我们能通过实验证明这些事情，等离子体社区的人们将有希望开始更加关注这个想法，”他说
该论文的其他合著者是史蒂文·托拜厄斯和朱子岩
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