等离子针轮：指向内部但稍微偏离中心的等离子体束产生一个旋转的等离子体环，等离子体可以自由地上下膨胀。
天体物理学家对所谓的吸积盘有很多疑问，吸积盘是由落入黑洞的等离子体和其他物质形成的。现在，研究人员已经在实验室中以无限制的方式产生了一个旋转的等离子体环，这将使对天体物理盘中等离子体的研究更加真实。实验室等离子体也产生了垂直于圆盘的射流，就像真正的黑洞一样。该实验可以为测试描述天体物理圆盘演化的理论提供一个平台。
根据观测，黑洞吸积盘中的物质以比无湍流旋转预期的速度快数千倍的速度向内螺旋运动。主要的解释涉及部分由磁场与磁盘中等离子体的相互作用产生的湍流，但如果没有快速旋转的实验室等离子体，这一理论很难测试。这样的实验系统也将使研究人员能够研究黑洞以外的大质量物体周围的吸积盘。
然而，在实验室中制造快速旋转的等离子体是很困难的。以前的实验使用在圆柱形罐内旋转的液态金属作为旋转等离子体的替代品，但罐壁会影响流动。一个研究团队能够旋转等离子体，但仍然需要与容器壁的相互作用，才能使用排列在边缘周围的磁铁和电极来推动旋转。这种等离子体-壁的相互作用可能会影响等离子体，并降低其作为吸积盘模型的有效性。
火环：实验中的图像显示了旋转的等离子体环和产生它的八束等离子体束。
对于“无边界”版本，由伦敦帝国理工学院的Sergei Lebedev领导的研究人员将八个等离子体源放在一个圆圈中，并将所有输出稍微偏离中心的位置。这种针轮几何形状在远离墙壁的中心产生了一个旋转的等离子体环。等离子体也以射流的形式垂直于环向上扩展，这让人想起在真正的黑洞中看到的强大的外流，在那里重力是主导力。Vicente Valenzuela Villaseca说，碰撞等离子体“产生了类似重力的东西，所以我们可以在没有实际重力的情况下研究吸积盘的物理”，他在进行实验时领导这项研究，当时他还是帝国理工学院的研究生，他现在在普林斯顿大学。
直径6毫米的环充其量只持续了210纳秒，因为产生它的源是短暂的。该团队通过八根40µm宽的电线发送电流脉冲（峰值约为1.4兆安培）来产生等离子体，这些电线很快被电流摧毁。热线发射的电子和离子被流经热线和附近金属柱的电流产生的磁场引导成定向束。
等离子体的图像显示，在环的使用寿命内没有任何变化的迹象，表明其稳定性。通过研究激光如何散射等离子体的电子，研究人员测量了整个等离子体的速度和温度，这使他们能够证明等离子体的稳定性与理论预期一致。这种稳定性和缺乏湍流是研究人员准备在未来的实验中以可控的方式添加湍流的关键特征。
这些实验将包括施加外部磁场并观察其对等离子体流动的影响。所施加的磁场预计会通过一种称为磁旋转不稳定性的效应产生湍流，理论表明这种湍流是吸积盘中物质流动的重要驱动因素。研究人员预计，即使在环的寿命期间发生的旋转相对较少，这种效应也会被观察到。
普林斯顿等离子体物理实验室的天体物理学家Ji Hantao没有参与这项工作，他说这项研究是在没有物理边界的等离子体中实现这种不稳定性的第一步。增加磁场强度和实验持续时间应该在当前设置或位于新墨西哥州桑迪亚国家实验室的大型脉冲功率设备Z机器的范围内。我非常期待它的后续实验。
这项研究于5月12日发表在《物理评论快讯》国际期刊上。
doi:10.1103/PhysRevLett.130.195101
