Investigadores japoneses encuentran nuevas clases de órbitas de electrones

El gas ionizado en el espacio, llamado "plasma", es tan tenue que las partículas cargadas (iones y electrones) rara vez chocan entre sí, sino que se mueven de forma muy compleja debido a los campos eléctricos y magnéticos. Este proceso es altamente no lineal debido a que los electrones se mueven, llevando la corriente eléctrica que a su vez cambia el campo electromagnético. El movimiento no lineal auto-consistente de las partículas y del campo electromagnético es un sistema complejo que es difícil de predecir.

"Investigamos los mecanismos básicos de la reconexión magnética en el tenue plasma espacial mediante el uso de una simulación por ordenador que nos permite resolver tanto los campos electromagnéticos como los movimientos de las partículas de plasma virtuales", afirma Seiji Zenitani, científico en el Observatorio Astronómico Nacional de Japón. Aunque las simulaciones PIC son ampliamente utilizadas y pueden resolver el movimiento de las partículas virtuales, a menudo no se comprueban todas las trayectorias de las partículas.

La razón es doble: por una parte porque la simulación PIC genera grandes conjuntos de datos; por otra porque hasta ahora los científicos habían pensado que todas las órbitas básicas ya fueron descubiertos en la década de 1980. Mediante la exploración exhaustiva de los datos de simulación, el equipo de investigación de Japón tuvo cuidado para no olvidar nada.

Aunque este enfoque es sencillo para un pequeño grupo de partículas, como resultado de un extenso estudio de simulación de PIC con casi dos mil millones de partículas, según explican sus autores en un artículo publicado en 'Physics of Plasmas', estos expertos consiguieron identificar varias clases nuevas de órbitas de electrones.

"Nos sorprendimos al encontrar órbitas de electrones sin cruzar, que no atraviesan el plano medio, un hallazgo contrario a la creencia convencional de que todas las partículas atraviesan el plano medio (z = 0) durante la reconexión magnética", afirma Zenitani.

Por lo tanto, aunque es una estrategia estándar para realizar un seguimiento de trayectorias de electrones desde el plano medio, por definición, esto no funciona para los electrones que no cruzan. El análisis sugiere que los estos electrones sin cruce son la mayoría, al menos en densidad numérica. Las órbitas de partículas son elementos fundamentales para la física cinética de la reconexión magnética que podría dar lugar a la revisión de los modelos teóricos.