aceleración de Fermi

La aceleración de Fermi , ^{[ 1 ] [ 2 ]} a veces denominada aceleración de choque difusiva (una subclase de la aceleración de Fermi ^{[ 3 ]} ), es la aceleración que experimentan las partículas cargadas al ser reflejadas repetidamente, generalmente por un espejo magnético (véase también Mecanismo centrífugo de aceleración ). Recibe su nombre del físico Enrico Fermi, quien propuso por primera vez este mecanismo. Se cree que este es el mecanismo principal por el cual las partículas ganan energías no térmicas en las ondas de choque astrofísicas . Desempeña un papel muy importante en muchos modelos astrofísicos, principalmente de choques, incluyendo erupciones solares y remanentes de supernovas . ^{[ 4 ]}

Existen dos tipos de aceleración de Fermi: la aceleración de Fermi de primer orden (en ondas de choque) y la aceleración de Fermi de segundo orden (en el entorno de nubes de gas magnetizadas en movimiento). En ambos casos, el entorno debe estar libre de colisiones para que el mecanismo sea efectivo. Esto se debe a que la aceleración de Fermi solo se aplica a partículas con energías superiores a las energías térmicas, y las colisiones frecuentes con las partículas circundantes provocarían una pérdida de energía considerable, impidiendo así cualquier aceleración.

Las ondas de choque suelen tener inhomogeneidades magnéticas móviles tanto antes como después de ellas. Consideremos el caso de una partícula cargada que viaja a través de la onda de choque (de aguas arriba a aguas abajo). Si encuentra un cambio en el campo magnético, este puede reflejarla de vuelta a través de la onda de choque (de aguas abajo a aguas arriba) a mayor velocidad. Si ocurre un proceso similar aguas arriba, la partícula volverá a ganar energía. Estas múltiples reflexiones aumentan considerablemente su energía. El espectro de energía resultante de muchas partículas que experimentan este proceso (suponiendo que no influyen en la estructura de la onda de choque) resulta ser una ley de potencias: $${\displaystyle {\frac {dN(\varepsilon )}{d\varepsilon }}\propto \varepsilon ^{-p}}$$ donde el índice espectral${\displaystyle p\gtrsim 2}$En el caso de choques no relativistas, depende únicamente de la relación de compresión del choque.

El término "Primer orden" proviene del hecho de que la ganancia de energía por cruce de choque es proporcional a${\displaystyle \beta _{s}}$la velocidad del choque dividida por la velocidad de la luz.

La aceleración de Fermi de segundo orden se relaciona con la cantidad de energía ganada durante el movimiento de una partícula cargada en presencia de "espejos magnéticos" que se mueven aleatoriamente. Así, si el espejo magnético se mueve hacia la partícula, esta terminará con mayor energía al reflejarse. Lo contrario ocurre si el espejo se aleja. Esta noción fue utilizada por Fermi (1949) ^{[ 3 ]} para explicar el modo de formación de los rayos cósmicos. En este caso, el espejo magnético es una nube interestelar magnetizada en movimiento. En un entorno de movimiento aleatorio, Fermi argumentó que la probabilidad de una colisión frontal es mayor que la de una colisión frontal-trasera, por lo que las partículas, en promedio, se acelerarían. Este proceso aleatorio ahora se denomina aceleración de Fermi de segundo orden, porque la ganancia media de energía por rebote depende del cuadrado de la velocidad del espejo.${\displaystyle \beta _ {m}^{2}}$Sin embargo, el espectro de energía resultante que se prevé a partir de esta configuración física no es universal, como ocurre en el caso de la aceleración por choque difusivo.

• Modelo de Fermi-Ulam
• resplandor de Fermi
• Ondas de choque en astrofísica

• Artículo de David Darling sobre la aceleración de Fermi
• Rieger, Bosch-Ramon y Duffy: Aceleración de Fermi en chorros astrofísicos. Astrophys.Space Sci. 309:119-125 (2007)
• Introducción a la aceleración de Fermi por D. Gialis