Суперкомпьютер помог ученым разобраться в природе хаоса внутри плазмы

Исследователи из Индии проследили за миллионами частиц пылевой плазмы и выяснили, как в ней возникает турбулентность. Результаты могут помочь при изучении термоядерного синтеза и процессов, происходящих во время взрывов сверхновых.

Суперкомпьютер помог ученым разобраться в природе хаоса внутри плазмы

Ученые из Индийского технологического института Джамму и IIT Канпур использовали суперкомпьютерное моделирование, чтобы разобраться в механизмах возникновения турбулентности в пылевой плазме. Симуляция позволила проследить за миллионами отдельных частиц и увидеть, как энергия крупных вихрей постепенно переходит в хаотическое движение на микроскопическом уровне.

Плазму часто называют четвертым состоянием вещества: она представляет собой ионизированный газ из свободных электронов и положительно заряженных ионов. Если добавить в такую среду микроскопические частицы твердого вещества, они приобретают заряд и начинают взаимодействовать между собой. Так возникает пылевая плазма, которая при сильном взаимодействии частиц способна вести себя скорее как упругая среда, чем обычный газ.

Для моделирования ученые использовали систему молекулярной динамики LAMMPS. Исследователей особенно интересовали неустойчивости Кельвина — Гельмгольца и Рэлея — Тейлора — два механизма, способных порождать вихри и турбулентность в различных средах.

Расчеты показали, что энергия крупных вихрей передается отдельным частицам по определенной математической закономерности. При этом усиление взаимодействия между частицами замедляет нагрев и перемешивание системы, из-за чего пылевая плазма начинает демонстрировать необычную «упругую турбулентность».

Полученные результаты позволяют связать процессы на уровне отдельных частиц с поведением плазмы как единой среды. Это особенно важно там, где обычных гидродинамических моделей оказывается недостаточно для описания потерь энергии на малых масштабах.

Работа потенциально может пригодиться при исследованиях управляемого термоядерного синтеза, поскольку турбулентность является одной из причин потери энергии плазмой. Аналогичные физические процессы встречаются и в астрофизике: например, неустойчивость Рэлея — Тейлора играет важную роль при взрывах сверхновых.

Пока исследователи ограничились двумерной моделью. В дальнейшем команда планирует провести трехмерное моделирование, чтобы проверить, насколько обнаруженные закономерности сохраняются в более реалистичных условиях.

Читайте также

Логические игры помогают дошкольникам развивать самоконтроль

Логические игры помогают дошкольникам развивать самоконтроль

Ученые выяснили, куда смотрят дети и взрослые при чтении

Ученые выяснили, куда смотрят дети и взрослые при чтении

Аморфный углерод вместо графита сделает аккумуляторы долговечнее

Аморфный углерод вместо графита сделает аккумуляторы долговечнее

Учёные выяснили, что географические полюса Земли неоднократно меняли своё положение

Учёные выяснили, что географические полюса Земли неоднократно меняли своё положение

Физики МГУ сократили потери света в оптических процессорах

Физики МГУ сократили потери света в оптических процессорах

Квантовая нанофотоника повысила чувствительность биомедицинских микрочипов

Квантовая нанофотоника повысила чувствительность биомедицинских микрочипов

Математики МФТИ ускорили проверку рельсов с помощью аналитических сеток

Математики МФТИ ускорили проверку рельсов с помощью аналитических сеток

Клетки крови 80-летнего превратили в нейронные стволовые клетки юноши

Клетки крови 80-летнего превратили в нейронные стволовые клетки юноши

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Оптические иллюзии Парфенона оказались мифом

Оптические иллюзии Парфенона оказались мифом

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Наша Вселенная может находиться внутри чёрной дыры — астрономы нашли новые аргументы в пользу необычной теории

Наша Вселенная может находиться внутри чёрной дыры — астрономы нашли новые аргументы в пользу необычной теории

Учёные обнаружили два семейства планетных систем, судьбу которых определяют звёзды

Учёные обнаружили два семейства планетных систем, судьбу которых определяют звёзды

Умные очки Samsung с Gemini AI получат камеру 3K и до 9 часов автономной работы

Умные очки Samsung с Gemini AI получат камеру 3K и до 9 часов автономной работы

Астрономы обнаружили необычную органическую химию вокруг молодых звёзд — она может раскрыть тайну зарождения жизни

Астрономы обнаружили необычную органическую химию вокруг молодых звёзд — она может раскрыть тайну зарождения жизни