超過 99% 的可見宇宙都處于過熱狀態，稱為等離子體——一種由電子和離子組成的電離氣體。這些帶電粒子的運動產生磁場，形成星際磁網。這些磁場對許多過程都很重要，從星系的形成和恒星的形成到控制宇宙射線等高能粒子的運動和加速度，如宇宙射線--以近乎光速在宇宙中放大的質子和電子。
在之前的研究中，科學家們發現在產生高能電子的區域，磁場會增強。但直到現在，高能粒子影響磁場的方式還不是很清楚。在5 月份發表在《物理評論快報》封面上的一篇論文中，來自美國能源部國家加速器實驗室（SLAC）的研究人員展示了電子如何將磁場放大到比以前已知的強度高得多的強度。
電子的運動攜帶電流，產生磁場。通常，來自背景等離子體的電荷會通過移動以抵消該電流來干擾該電流，從而難以產生強磁場。研究人員通過數值模擬和理論模型發現，高能電子實際上可以驅逐背景等離子體以產生一個洞，從而使等離子體更難抵消它們的電流。
“當電流暴露時，會產生強磁場，進一步將背景等離子體推開，產生更大的孔洞，使更多的電流暴露在外，并產生更強的磁場，”Ryan Peterson 博士說。斯坦福大學和 SLAC 的學生，他是該出版物的第一作者。“最終，這些磁場變得強大到能使電子彎曲并減慢速度。”
這個過程可能在宇宙中最明亮、最有活力的電磁事件中起作用：被稱為伽馬射線爆發的極端爆炸。觀測表明，磁場必須被高能粒子顯著放大才能產生觀測到的輻射，但直到現在，磁場增強的方式一直是個謎。
“每次發現一個新的基本過程時，它都會在不同的研究領域產生重要的影響和應用，”從事這項研究并領導 SLAC 高能量密度科學理論小組的科學家 Frederico Fuiza 說。“在這種情況下，眾所周知，高能電子對磁場的放大不僅對極端天體物理環境(如伽馬射線暴)很重要，而且對基于電子束的實驗室應用也很重要。”
研究人員目前正在研究新的模擬，以更好地了解這一過程在伽馬射線爆發中的作用。他們還希望找到在實驗室實驗中重現它的方法，這將是開發緊湊型高能輻射源的重要一步。這些來源將使科學家能夠以極高的分辨率拍攝原子尺度的物質照片，以用于醫學、生物學和材料研究。
