电流无处不在，从为家庭供电到控制推动核聚变反应的等离子体，甚至可能形成广阔的宇宙磁场。现在，美国能源部（DOE）普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的科学家发现，电流可以以之前未知的方式形成。这一新发现可能使研究人员更有能力将驱动太阳和恒星的聚变能带到地球。
普林斯顿大学等离子体物理项目的研究生Ian Ochs表示：“了解哪些过程产生等离子体中的电流，以及哪些现象可能干扰它们是非常重要的。它们是我们控制磁聚变研究中等离子体的主要工具。”
聚变是将轻元素以等离子体的形式压缩在一起的过程——等离子体是由自由电子和原子核组成的高温带电物质状态——产生大量能量。科学家们正在寻求复制聚变，以获得几乎无穷无尽的电力供应。
意想不到的电流出现在被称为托卡马克的环形聚变设施中的等离子体内。当某种类型的电磁波（例如收音机和微波炉发出的波）自发形成时，电流便会发展。这些波推动一些已经移动的电子，“就像冲浪者在冲浪板上滑行一样，”Ochs说道。
但这些波的频率很重要。当频率高时，波会使一些电子向前移动，而另一些向后移动。这两种运动相互抵消，因此不会产生电流。
然而，当频率较低时，波会推动电子向前，同时对原子核（或离子）向后施加力，从而最终产生净电流。Ochs发现，当低频波为一种称为“离子声波”的特定类型时，研究人员可以意外地创造这些电流，这种波类似于空气中的声波。
这一发现的意义从实验室的相对小规模延伸到宇宙的广阔规模。Ochs表示：“宇宙中存在不同规模的磁场，包括银河系的大小，而我们并不真正知道它们是如何形成的。我们发现的机制可能有助于播种宇宙磁场，任何能够产生磁场的新机制对天体物理学界都是有趣的。”
这些来自纸笔计算的结果由数学表达式组成，使科学家能够计算这些电流如何在没有电子直接相互作用的情况下发展和增长。Ochs表示：“这些表达式的形成并不简单。我们必须将发现浓缩，以便它们足够清晰，并使用简单的表达式来捕捉关键物理。”
这些结果加深了对基本物理现象的理解，并且也是意想不到的。Ochs表示，它们似乎与传统观念相矛盾，即电流驱动需要电子碰撞。
论文的共同作者、天体物理科学系教授兼副主任Nathaniel Fisch表示：“波是否能在等离子体中驱动任何电流的问题实际上非常深刻，涉及波在等离子体中的基本相互作用。Ochs以精湛的教学方式和数学严谨性推导出的，不仅是这些效应有时如何平衡，还包括这些效应如何有时相互作用以允许形成净电流。”
这些发现为未来的研究奠定了基础。Fisch表示：“让我特别兴奋的是，Ochs所建立的数学形式，加上他所获得的物理直觉和见解，现在使他能够挑战或为等离子体中波与共振粒子相互作用的更奇特行为奠定坚实基础。”