Przyspieszenie Fermiego

Przyspieszenie Fermiego , czasami określane jako dyfuzyjne przyspieszenie uderzeniowe (podklasa przyspieszenia Fermiego), to przyspieszenie , któremu ulegają naładowane cząstki , gdy są wielokrotnie odbijane, zwykle przez lustro magnetyczne (patrz także Odśrodkowy mechanizm przyspieszania ). Otrzymuje swoją nazwę od fizyka Enrico Fermiego , który jako pierwszy zaproponował mechanizm. Uważa się, że jest to główny mechanizm, dzięki któremu cząstki uzyskują energię nietermiczną w astrofizycznych falach uderzeniowych . Odgrywa bardzo ważną rolę w wielu modelach astrofizycznych, głównie wstrząsów, w tym rozbłysków słonecznych i pozostałości po supernowych .

Istnieją dwa rodzaje przyspieszenia Fermiego: przyspieszenie Fermiego pierwszego rzędu (w wstrząsach) i przyspieszenie Fermiego drugiego rzędu (w środowisku poruszających się chmur namagnesowanego gazu). W obu przypadkach środowisko musi być bezkolizyjne, aby mechanizm zadziałał. Dzieje się tak, ponieważ przyspieszenie Fermiego dotyczy tylko cząstek o energiach przekraczających energie termiczne, a częste zderzenia z otaczającymi cząstkami spowodują poważne straty energii, w wyniku czego nie nastąpi żadne przyspieszenie.

Przyspieszenie Fermiego pierwszego rzędu




Fale uderzeniowe zazwyczaj mają ruchome niejednorodności magnetyczne, zarówno poprzedzające, jak i następujące po nich. Rozważ przypadek naładowanej cząstki przechodzącej przez falę uderzeniową (od góry do dołu). Jeśli napotka ruchomą zmianę pola magnetycznego, może to odbić ją z powrotem przez wstrząs (od dołu do góry) ze zwiększoną prędkością. Jeśli podobny proces nastąpi przed, cząstka ponownie zyska energię. Te wielokrotne odbicia znacznie zwiększają jego energię. Otrzymane widmo energetyczne wielu cząstek poddanych temu procesowi (zakładając, że nie wpływają one na strukturę szoku) okazuje się prawem potęgowym: gdzie indeks widmowy zależy, w przypadku wstrząsów kompresji szok. Termin Pierwszy rząd” pochodzi z faktu, że zysk energii na przejście wstrząsu jest proporcjonalny do podzielonej przez prędkość światła.

Kwestia wtrysku

Tajemnicą procesów Fermiego pierwszego rzędu jest problem iniekcji . W środowisku wstrząsu tylko cząstki o energiach znacznie przekraczających energię cieplną (co najmniej kilkukrotnie) mogą przejść przez wstrząs i „wejść do gry” przyspieszenia. Obecnie nie jest jasne, jaki mechanizm powoduje, że cząstki mają początkowo wystarczająco wysokie energie, aby to zrobić.

Przyspieszenie Fermiego drugiego rzędu

Przyspieszenie Fermiego drugiego rzędu odnosi się do ilości energii uzyskiwanej podczas ruchu naładowanej cząstki w obecności losowo poruszających się „zwierciadeł magnetycznych”. Tak więc, jeśli lustro magnetyczne porusza się w kierunku cząstki, cząstka po odbiciu będzie miała zwiększoną energię. Odwrotna sytuacja ma miejsce, gdy lustro się cofa. Pojęcie to zostało użyte przez Fermiego (1949) do wyjaśnienia sposobu powstawania promieni kosmicznych. W tym przypadku zwierciadło magnetyczne jest poruszającą się namagnesowaną chmurą międzygwiazdową. Fermi argumentował, że w środowisku ruchu losowego prawdopodobieństwo zderzenia czołowego jest większe niż zderzenia czołowego, więc cząstki byłyby średnio przyspieszane. przyspieszeniem Fermiego drugiego rzędu, ponieważ średni zysk energii na odbicie zależy od kwadratu prędkości . Wynikające z tego widmo energii przewidywane na podstawie tego układu fizycznego nie jest jednak uniwersalne, jak w przypadku dyfuzyjnego przyspieszenia uderzeniowego.

Zobacz też


Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Fermi_acceleration&oldid=1124262976 ”