2022 Fiscal Year Final Research Report

Relativistic reconnection experiment using large-scale laser systems

Research Project

PDF

Project/Area Number	20K20285
Project/Area Number (Other)	17H06202 (2017-2019)
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
Allocation Type	Multi-year Fund (2020) Single-year Grants (2017-2019)
Research Field	Plasma science and related fields
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	Sakawa Youichi 大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (70242881)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	福田祐仁国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所光量子科学研究部, 上席研究員 (30311327) 森田太智九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (30726401) Morace Alessio 大阪大学, レーザー科学研究所, 助教 (70724326) 星野真弘東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (90241257)
Project Period (FY)	2017-06-30 – 2023-03-31
Keywords	相対論的磁気リコネクション / レーザー宇宙物理学 / 粒子加速 / 協同トムソン散乱計測 / 高出力レーザー / X線自由電子レーザー / X線小角散乱
Outline of Final Research Achievements	In an ultra-strong magnetic field plasma, the flow velocity becomes almost the speed of light, and particle acceleration occurs due to relativistic magnetic reconnection. Basic magnetic reconnection experiments were performed using a 100-T-class anti-parallel strong magnetic field obtained by irradiating two coil targets with a high-energy laser. It is suggested that when a high-intensity laser is injected into a plasma with a near-critical density, plasma instability occurs, several tens of kT of self-generated turbulent magnetic field islands appear, and relativistic magnetic reconnection acceleration occurs. As a preliminary experiment to measure the temporal and spatial evolution of the filament structure due to this instability using an X-ray free-electron laser, we generated and measured a three-dimensional plasma by irradiating a rod assembly target with a high-intensity laser.
Free Research Field	プラズマ物理学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	宇宙では、様々な高エネルギー天体でベキ乗のエネルギースペクトルを持つ相対論的速度の高エネルギー粒子「宇宙線」が生成されており，標準的な加速機構の一つとして「磁気リコネクション」が提案されている。磁気リコネクション現象の全容解明には、巨視的な全体構造と、リコネクション領域近傍の局所的・微視的な物理過程の理解が不可欠である。しかし、天体のリモートセンシングや地球磁気圏の観測衛星によるその場観測では、巨視的と微視的な物理量を同時に得ることはできない。レーザー実験は、両者を同時に得る事ができるという長所を持ち、「レーザー実験」によって磁気リコネクションの要素物理解明の可能性が示された。