La National Science Foundation apoya una amplia gama de carteras de investigación en los campos de la ciencia e ingeniería de plasma.
La National Science Foundation (NSF) describe el campo de la física del plasma como el estudio de la materia y los sistemas físicos cuyas propiedades esenciales se rigen por la interacción colectiva de grandes conjuntos de partículas cargadas libremente. La física subyacente a la acción colectiva en plasmas incluye astrofísica y astrofísica, ciencias de los materiales, matemáticas aplicadas, ciencias de la fusión, ciencias del acelerador y muchos departamentos de ingeniería.
Esta cuenta de disciplina ha servido como un puesto de guía definitivo para el programa de física de plasma dentro de la división de física de NSF durante la última década. El campo más amplio de la Ingeniería de Ciencia de Plasma (PSE) fue revisado recientemente en 2021 por la evaluación de 10 años de la ciencia de plasma, ² ‘Ciencia de plasma: la Academia de Ciencia, Ingeniería y Medicina (NASEM) con el potencial de tecnología, sostenibilidad, seguridad y exploración. PSE incluye muchos campos nominalmente claros donde el conocimiento de la física del plasma es importante para comprender el universo tal como lo conocemos, y para desarrollar nuevas tecnologías que dependen de las propiedades únicas del plasma. En los Estados Unidos, muchos de estos están respaldados por programas dedicados dentro de la NSF y otras instituciones científicas federales.
Estudiar interacciones colectivas en sistemas complejos, de muchos cuerpos y sin equilibrio no es inherente al plasma. De hecho, se puede argumentar que el plasma, en el que las fuerzas electromagnéticas rigen las interacciones colectivas, es uno de los ejemplos más simples de tales sistemas. Un taller reciente financiado por NSF, «que trabaja en la escala de sistemas complejos», exploró similitudes entre la física plasmática y la física biológica en el estudio de fenómenos no equilibrados a escala múltiple. Muchas instituciones sociales, como la física de material condensado y los sistemas de investigación de ciencias de la información cuántica, donde las interacciones cuánticas determinan las propiedades estadísticas sin equilibrio, y la democracia misma, son ejemplos de sistemas complejos de no equilibrio definidos por interacciones humanas.
Muchos de los proyectos PSE más amplios, y los autores que aparecen en los artículos de la plataforma de innovación del año pasado, respaldan los autores que aparecen en los artículos de la plataforma de innovación del año pasado.
El artículo de Edda GSCHWENDTNER, «Desbloqueo de la tecnología de plasma de accionamiento de protones de aceleración de electrones de alta energía», describe el proyecto de aceleración de campo de activación de plasma avanzado y avanzado basado en el CERN y explica el proyecto de aceleración del campo de la estela de plasma. En este número de artículo, Gschwendtner, Wendell Hill de la Universidad de Maryland, también menciona la poderosa electrodinámica cuántica de campo, un tema de «evocar el vacío cuántico con luz láser extrema». De lo básico a lo básico, los conceptos básicos del arte. Al reunir la física de las ondas electrónicas, la relatividad especial y la mecánica cuántica, Hill describe los próximos experimentos de materia virtual para la creación de plasmas de pares de electrones con positras fuera del vacío en algunas de las instalaciones de láser de potencia más alta del mundo, como la recién construida 3 Petawatt (PW), la Universidad de Michiganes de la Universidad de Michigan. En un proyecto destinado a construir una instalación de láser de campo alto en campo múltiple de próxima generación con NSF Opal, una línea de luz de 25 PW.
Crédito: Universidad de Notre Dame
Ciencia crioplásmica
Vuelva a marcar dos artículos por 10 dígitos respaldados por NSF respaldados por NSF de 10 dígitos de ~ 10 GEV a ~ 1 eV. «La ciencia e ingeniería de plasma crio-temperatura permitirá una amplia gama de transformaciones sociales de Peter Brugemann en la Universidad de Minnesota». El impacto de la ciencia de plasma a baja temperatura en la ciencia de la vida, la agricultura, la química sostenible, el medio ambiente y la fabricación de próxima generación. Los avances descritos en estos artículos se han hecho posibles, en gran parte, al aportar el conocimiento de la física y la química en plasma que no son de equilibrio para resistir muchos de los desafíos tecnológicos y sociales del mundo moderno. Para apoyar tales esfuerzos, alentados por la evaluación de 10 años de 2021 de la ciencia de plasma Nasem, NSF ha establecido un ecosistema para innovaciones clave en su programa paraguas, la ingeniería de la ciencia de plasma (eclipse solar), acción disciplinaria interrumpida y la investigación de traducción apoyada y el desarrollo de la fuerza laboral en la interfaz de la ciencia básica de plasma e innovación.
Astrofísica de plasma
La astrofísica de plasma de laboratorio ha sido un pilar en la cartera de física de plasma NSF durante décadas. En este tema, «Bienvenido al mundo de la tostrofísica de laboratorio», Thomas White y Reno de Thomas White de la Universidad de Nevada, explica cómo la tostrofísica de laboratorio utiliza tecnología avanzada para simular y estudiar condiciones cósmicas extremas en un laboratorio. El artículo de White se centra en el estudio del plasma en el régimen de alta densidad de energía de grandes instalaciones láser y el estudio de las especializaciones de su grupo de investigación, que el NSF destacó recientemente. Sin embargo, el campo de la investigación es más amplio e incluye muchos experimentos de investigación a escala de inversores individuales, como un trabajo financiado por NSF por el grupo Paul Valaran de California, que simula destellos solares a los tamaños de escala de las bananas, y el estudio de financiamiento de NSF de Caltech que simula la función de distribución de la plasma de la plasma durante la vasta reconnección de las partículas de la Virginia Westry de la Vastia de la Virgen de la Viracidad de la Virginia de la Virginia de la Varicidad de la Viracidad.
El apoyo a la investigación de ciencias de plasma de NSF nunca se limita a los experimentos de laboratorio. El telescopio solar más potente del mundo, NSF Daniel K. Inoie, es administrado por el Observatorio Nacional Solar, y ahora puede medir el campo magnético en el plasma de corona atmosférica solar. Y el telescopio Horizon del evento mide la firma de un campo magnético integrado en un plasma que arremolina en el borde del agujero negro supermasivo M87⁷, lo que permite la exploración de lo que se conoce como la física de plasma «extrema» altamente relevante de estos entornos celestiales.
Modelado de cálculo de plasma
Una parte integral de la cartera de ciencias de plasma de NSF es el soporte para el modelado computacional de plasmas en todo el rango de energía. Desde plasma del laboratorio criotécnico hasta plasma geoespacial, hasta plasma astrofísico relativista extremo. El modelado computacional se ha reconocido como una herramienta esencial para dilucidar el comportamiento complejo, a múltiples escala y no lineal de los plasmas desde el advenimiento de la computación de alto rendimiento (HPC). Sistemas altamente diseñados como el acelerador de partículas de Wakefield de Plasma.
Un área local de física en plasma en la que un enfoque computacional es esencial es el estudio de la turbulencia plasmática. Desde el trabajo en los orígenes de los campos magnéticos espaciales por el Grupo del Instituto de Tecnología de Massachusetts, dirigido por Nuno Loureiro hasta estudiar la dinámica de plasma de los medios interestelares utilizando el ecosistema de coordinación de ciberinfastructura NSF Avanzado, el grupo de recursos HPC de Wisconsin. Física de la turbulencia plasmática y sus resultados observables.
Otra área de enfoque que se basa en gran medida en los avances en la física de plasma computacional es el modelado del clima espacial. El programa conjunto NSF-NASA sobre el clima espacial con incertidumbres cuantificadas ha permitido un rápido progreso en el desarrollo del software del clima espacial de última generación al reunir a los equipos con experiencia en múltiples dominios científicos y laboratorios de investigación, mientras que los investigadores de las alumnos de la Universidad de la Física de la Física del Meteorológico se están llevando a cabo los modelos de NSF. partículas.
La amplitud y el alcance de la física de plasma como disciplina, así como el ancho de los programas de ciencia e ingeniería de plasma de las instituciones NSF e asociadas, es insuperable. Desde 2022, estas diferentes comunidades científicas se han unido en conferencias de eclipse solar bienal donde muchos de los científicos mencionados tenían la oportunidad de presentar su trabajo y aprender unos de otros. La próxima Conferencia de Eclipse Solar 2026 se llevará a cabo en Ann Arbor, Michigan, organizada por la Universidad de Michigan.
referencia
Consulte la descripción del programa para el programa NSF Plasma Physics.
https://www.nsf.gov/funding/opportalities/plasma-physics Academia Nacional de Ciencias, Ingeniería y Medicina. 2021. Ciencia de plasma: tecnología, sostenibilidad, seguridad y posibilidades de exploración. Washington, DC: National Academies Press.
https://doi.org/10.17226/25802 Vea el Premio del Taller NSF: https://www.nsf.gov/awardsearch/showaward?
https://www.nature.com/collections/beeegjcabc k wifesner, et al. 2019. Estabilidad de la democracia: una perspectiva compleja del sistema. European Journal of Physics 40, 014002.
https://doi.org/10.1088/1361-6404/aaeb4d. Aquellos interesados en participar en la comunidad de Friends of NSF Opal pueden visitar https://nsf-opal.rochester.edu/contact/events en Horizon Telescope Collaboration et al. 2021. Los resultados del primer telescopio M87 Event Horizon. viii. Estructura de campo magnético cerca del horizonte del evento. Astrophysical Journal Letters 910, L13.
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https://doi.org/10.3847/2041-8213/ad2df1 JM Dawson, 1995. Modelado por computadora de plasma: pasado, presente y futuro. Plasma Physics 2, 2189.
https://doi.org/10.1063/1.871304
Este artículo también se presentará en la 22ª edición de trimestralmente Publicación.
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