プラズマの渦構造 ーその宇宙論的起源を考えるー プラズマの渦構造 ーその宇宙論的起源を考えるー 吉田善章 東京大学・新領域創成科学研究科
宇宙をみたす渦＝磁場
渦＝不思議な現象の表象 Euler’s cosmology
プラズマ渦の実験 電子プラズマの渦（際本 et al.） ＲＦ生成プラズマの３極渦 （田中 et al.） 磁気圏型プラズマの渦 （東大・ＲＴ－１プロジェクト）
論点 渦（物質の循環運動）と磁場を統一して理解する． 時空間の歪（相対論効果）が渦を生む． 渦の自己組織化． S.M. Mahajan and Z. Yoshida; Twisting space-time: Relativistic origin of seed magnetic field and vorticity, Phys. Rev. Lett. 105, 095005 (2010). Z. Yoshida et al., Magnetospheric vortex formation: self-organized confinement of charged particles, Phys. Rev. Lett. 104, 235004 (2010).
渦とは何か 「循環」するもの （circulation）． 不思議な力を生じるもの：仕事をしない（エネルギーを変えない）けれど運動方向を変える力：コリオリ力（フーコー振り子）と磁力． 形を変え，強度を変えながら，しかし「アイデンティティー」を保つもの．
循環の保存＝渦のアイデンティティー
相対論的に正しい循環法則
相対性理論では，運動体の共時性が壊される． 相対論効果による時空の歪 相対性理論では，運動体の共時性が壊される． 「ループ」は時空の中でねじられる 循環が生み出される．
The 3-vector part of the relativistic equation:
渦とClebsch形式 Z. Yoshida, J. Math. Phys. 50 (2009), 113101 1-16.
膨張するラグビーボール状球殻の上に発生する 磁場の強度分布 膨張 回転運動 渦＝磁場
地上の磁気圏 --- RT-1 project ---
磁気圏磁場による「空間の歪」と渦構造形成 磁場の中でプラズマ（荷電粒子）は階層化する（action-angle pairの変数分離） 擬粒子のハミルトニアン 擬粒子が感じる空間＝磁気座標空間（磁束管体積をメトリックとする） 磁気座標空間での拡散（均一化） 実験室系では構造形成 回転系でみると自己場が均一 渦形成
Main Results High-β plasma (hot electron) Long-term trap of non-neutral plasma
Inward-diffusion and confinement of electron plasma
Ultra-high-beta plasma confinement Typical magnetic configuration (left) and the radial profiles (right) of the flux function, pressure and the beta (Grad-Shafranov equilibrium calculations).
まとめ 渦＝磁場の宇宙論的起源 時空の歪（相対論効果）によって渦＝磁場が生まれる． 渦の自己組織化 磁場の効果で，荷電粒子が感じる空間が歪み，渦が自然に生みだされる．