プラズマの渦構造 ーその宇宙論的起源を考えるー

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1 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

2 宇宙をみたす渦＝磁場

3 渦＝不思議な現象の表象 Euler’s cosmology

4 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）

5 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, (2010). Z. Yoshida et al., Magnetospheric vortex formation: self-organized confinement of charged particles, Phys. Rev. Lett. 104, (2010).

6 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．

7 循環の保存＝渦のアイデンティティー

8 相対論的に正しい循環法則

9 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．

10 The 3-vector part of the relativistic equation:

11 渦とClebsch形式 Z. Yoshida, J. Math. Phys. 50 (2009),

12 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

13 地上の磁気圏 --- RT-1 project ---

14

15 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

16 Main Results High-β plasma (hot electron)
Long-term trap of non-neutral plasma

17 Inward-diffusion and confinement of electron plasma

18 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).

19 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．