快速射电爆发是我们这个时代最大的宇宙谜团之一 。 它们是非常强大但又极其短暂的无线电波长电磁辐射爆炸 ， 可以在毫秒内释放出相当于5亿个太阳的能量 。
多年来 ， 科学家们一直困惑于是什么导致了这些短暂的爆发 ， 这些爆发在数百万到数十亿光年之外的星系中被探测到 。 然后 ， 在2020年4月 ， 我们得到了一个非常有力的线索：一个来自银河系内部的东西“磁星”的短暂、强大的无线电波闪光 。
这表明 ， 至少有一些快速射电暴是由这些极磁化的死星产生的 。 现在 ， 根据量子电动力学（QED）理论 ， 物理学家已经设计出一种方法 ， 可以在实验室中复制我们认为在这些疯狂爆炸的第一阶段发生的事情 。
普林斯顿大学的物理学家Kenan Qu说：“我们的实验室模拟是磁星环境的小规模模拟 。 这使我们能够分析QED 对等离子体 。 ”
磁星是一种死星 ， 被称为中子星 。 当一个大质量的恒星到达它的寿命结束时 ， 它会吹散它的外部物质 ， 内核不再受到核聚变的外部压力的支持 ， 会在自身重力的作用下坍塌 ， 形成一个具有强大磁场的超密度物体 。 这就是中子星 。
有些中子星的磁场甚至更强 。 这就是磁星 。 虽然我们不知道它们是如何变成这样的 ， 但它们的磁场比普通中子星的磁场强1000倍左右 ， 比地球的磁场强1万亿倍 。
科学家们认为 ， 快速的射电暴是由于磁场和内部重力之间的张力造成的 ， 磁场如此强大以至于扭曲了磁星的形状 。
磁场也被认为 ， 负责将磁星周围空间中的物质转化为由“物质-反物质对”组成的等离子体 。这些对由带负电的电子和带正电的正电子组成 ， 它们被认为在重复发射罕见的快速射电暴中起作用 。
这种等离子体被称为对等离子体 ， 它与宇宙中的大多数等离子体非常不同 。正常等离子体由电子和较重的离子组成 。 对等离子体中的“物质-反物质对”具有相等的质量 ， 并自发形成和湮灭 。 对等离子体的集体行为与正常等离子体有很大的不同 。
由于 ， 所涉及的磁场强度如此之大 ， 物理学家曲柯南（Kenan Qu）和他的同事们设计了一种在实验室通过其他方式创造等离子体对的方法 。
物理学家曲柯南（Kenan Qu）表示：“我们使用的不是模拟强磁场 ， 而是强激光 。 它通过所谓的 QED 级联将能量转换为对等离子体 。 然后 ， 对等离子体将激光脉冲转移到更高的频率 。 这一令人兴奋的结果展示了在实验室中创建和观察 QED 对等离子体的前景 ， 并使实验能够验证关于快速射电暴发的理论 。 ”
这项技术需要产生一个高速的电子束 ， 以接近光速的速度行进 。 一个中等强度的激光对着这个光束发射 ， 碰撞产生了一对等离子体 。
此外 ， 它还能减缓产生的等离子体 。 这可以解决之前在创造等离子体对的实验中发现的问题之一 —— 观察它们的集体行为 。
普林斯顿大学的物理学家纳特·菲施（Nat Fisch）说：“我们认为 ， 我们知道是什么法则支配着他们的集体行为 。 但直到我们在实验室中制造出一对等离子体 ， 展示出我们可以探测到的集体现象 ， 我们才能完全确定 。 问题是 ， 在对等离子体中的集体行为是出了名的难以观察 。 因此 ， 对我们来说 ， 重要的一步是将其视为一个联合‘生产-观测’问题 ， 认识到一个伟大的观测方法可以放松必须生产的条件 ， 从而使我们得到一个更切实可行的用户设施 。 ”
观察实验尚未进行 ， 但它提供了一种进行这些探测的方法 ， 这在以前是不可能的 。它减少了对可能超出我们的技术能力和预算的极其强大的设备的需求 。
该团队目前正准备在 SLAC 国家加速器实验室进行一系列实验来检验他们的想法 。他们希望 ， 这将帮助他们了解磁星如何产生等离子体对 ， 这些等离子体对如何产生快速射电暴发 ， 并确定可能涉及的任何以前未知的物理学 。
斯坦福大学和SLAC的物理学家塞巴斯蒂安·莫伦（Sebastian Meuren）说:“从某种意义上说 ， 我们在这里所做的是产生射电暴的级联的起点 。 ”
“如果我们能在实验室里观察到类似于射电爆发的东西 ， 那将是非常令人兴奋的 。 但第一部分只是观察电子束的散射 ， 一旦我们做到这一点 ， 我们就会提高激光强度 ， 以达到更高的密度 ， 从而真正看到电子-正电子对 。 我们的想法是 ， 我们的实验将在未来两年左右的时间里得到发展 。 ”
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