江苏激光联盟导读：
　　芝加哥大学3月发布的论文为解开一个长达数十年的谜题指明了方向。
　　星系很少单独存在。相反，成千上万的人被引力吸引在一起，形成了巨大的星团，这是宇宙中最大的物体。
　　一名技术人员在国家点火装置工作。科学家们使用196个激光阵列来创造类似于巨大星系团内部热气体的条件。来源：National Ignition Facility
　　＂星系团是宇宙中最令人敬畏的东西之一。＂芝加哥大学(University of Chicago)天体物理学家、名誉教授Don Lamb说。他是3月9日发表的一篇新论文的合著者，这篇论文可能为解开一个长达数十年的谜题指明了方向。
　　科学家们早就知道，星系团中的氢气非常热——大约1000万开尔文，或大致等同于太阳中心的温度——温度高到氢原子不可能存在。相反，这种气体是由质子和电子组成的等离子体。
　　但一个谜题一直存在:对于气体为什么或如何保持如此高的温度，还没有直接的解释。根据物理学的正常规则，它应该在宇宙的年龄内冷却。但它并没有。
　　实验配置。
　　任何试图解决这个难题的人面临的挑战是，你无法在你的后院创造出这种强烈的高温和磁性条件。
　　然而，现在地球上有一个地方你可以做到这一点:世界上能量最高的激光设备。Lawrence Livermore 国家实验室的国家点火装置(NIF)能够创造出这样的极端条件——尽管在一角硬币大小的体积里，这种条件只持续了一小秒。
　　来自芝加哥大学、牛津大学和罗切斯特大学的科学家们共同合作，利用位于加利福尼亚州利弗莫尔的国家点火装置，创造出类似于巨大星系团中的高温气体的条件。这篇论文的第一作者耶拿·迈内克(Jena Meinecke)说:＂在NIF进行的实验简直是世界上最棒的。＂
　　科学家们将196束激光聚焦在一个微小的目标上，产生了一个白热的等离子体，其强烈的磁场存在了几十亿分之一秒。
　　x射线辐射图像。
　　这段时间足以让他们确定，等离子体中不是有统一的温度，而是有热点和冷点。
　　这与一个已经提出的理论相吻合，该理论是关于如何在星系团内捕获热量的。正常情况下，当电子相互碰撞时，热很容易分布。但是等离子体内部的纠缠的磁场会影响这些电子，使它们沿着磁场的方向旋转——这就会阻止它们均匀分布和分散它们的能量。
　　事实上，在实验中，他们看到能量的传导被抑制了超过100倍。
　　＂这是一个令人难以置信的激动人心的结果，因为我们已经能够证明，天体物理学家提出的是正确的。＂Robert A. Millikan杰出服务教授、天文学和天体物理学荣誉退休教授Lamb说。
　　＂这确实是一个惊人的结果。＂研究的合著者罗切斯特大学的教授Petros Tzeferacos补充说，他监督了这个复杂实验的计算机模拟，＂这些模拟是解开湍流、磁化等离子体中的物理之谜的关键，但热传输抑制的水平超出了我们的预期。＂
　　模拟是用一种叫做FLASH代码的计算机代码完成的，该代码由芝加哥大学开发，现在由Tzeferacos领导的罗切斯特大学计算科学FLASH中心主持。该代码允许科学家在进行激光实验之前，对实验进行细致的模拟，从而达到他们想要的结果。
　　温度波动分析
　　这是至关重要的，因为科学家们只有几次宝贵的机会，如果出了问题，就没有重做的机会了。由于实验条件只持续了纳秒，科学家们必须确保他们在正确的时间进行所需的测量。这意味着每件事都要提前很长一段时间被精确地画出来。
　　Lamb说:＂当你在所能做的事情的最极端时，这是一个挑战，但这就是前沿所在。＂
　　然而，关于星系团的物理学还有更多的问题。虽然这些冷热点是磁场对星系团热气体冷却影响的确凿证据，但还需要进一步的实验来了解到底发生了什么。该小组计划今年晚些时候在NIF进行下一轮实验。
　　不过，目前他们很高兴能够解释为什么星系团中的气体在数十亿年后仍然是热的。
　　来源：Strong suppression of heat conduction in a laboratory replica ofgalaxy-cluster turbulent plasmas, Science Advances (2022). DOI:10.1126/sciadv.abj6799
　　江苏激光联盟陈长军原创作品！

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