Возникновение магнитных полей планет и звезд воспроизведут в лаборатории

Физики предложили новый способ исследования динамо-эффекта, благодаря которому у астрономических объектов появляются магнитные поля. Оказалось, что движение электронов в веществах особого типа в математическом смысле очень похоже. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Планеты и звезды могут создавать собственные магнитные поля, которые не исчезают на протяжении миллиардов лет. Наиболее правдоподобно этот феномен объясняет динамо-эффект, который связывает магнитное поле с движение проводящих сред внутри этих тел. Однако многие детали этого процесса выяснены не до конца, так как его описывают очень сложные уравнения на стыке гидродинамики вязкой жидкости и электромагнетизма. Попытки воспроизвести в лаборатории подобный механизм возникновения поля пока не увенчались успехом.

В новой работе физики из США и Ирана предложили радикально новый подход к этой проблеме. Они предсказывают, что динамо-эффект можно наблюдать в недавно обнаруженном классе топологических материалов — вейлевских металлах. Это твердые тела, в которых электронные возбуждения ведут себя подобно безмассовым фермионам. Согласно расчетам авторов, такие вещества могут стать основой более простых экспериментальных установок, которые можно настроить на имитацию астрофизических условий.

В работе физики исследовали перенос заряда внутри вейлевских металлов и показали, что для него может быть характерна турбулентность, которая также наблюдается при движении слабовязких жидкостей. Более того: оказывается, что с математической точки зрения эта ситуация описывается теми же выражениями: уравнениями Навье — Стокса для движения вязкой жидкости и уравнениями Максвелла для электромагнетизма. Также авторы определили параметры, при которых ток в вейлевских металлах будет соответствовать астрофизическим динамо.

Если удастся исследовать динамо-эффект подобным образом, это может существенно продвинуть наше понимание возникновения магнитного поля Земли и присущей ему смены полюсов. «Мы плохо понимаем динамику земного динамо, впрочем, как и динамику переполюсовки, — отмечает ведущий автор статьи Виктор Галицкий из Объединенного квантового института при Мэрилендском университете в Колледж-Парке (США). — Если мы сможем провести эксперименты, которые воспроизводят некоторые аспекты динамо-эффекта, то это будет важным достижением».

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.