近日，中國科學技術大學近地空間環境重點實驗室在磁重聯研究方面取得新進展，實驗室陸全明、王榮生課題組利用衛星觀測數據首次發現了地球磁層頂磁重聯區域的電子尺度的霍爾四極型磁場分布，并指出磁重聯過程中某些區域同時存在著磁能的續存過程。該成果發表在最近一期的《物理評論快報》（Phys. Rev. Lett. 2017, 118, 175101）上，論文第一作者為中科院近地空間環境重點實驗室副教授王榮生。
磁重聯是等離子體中一種基本物理過程，它將儲存的磁自由能轉化為等離子體動能和熱能，同時磁場的拓撲位型也會發生顯著改變。空間和實驗室等離子體物理中的諸多爆發現象，如太陽耀斑、磁層亞暴和托卡馬克裝置中的鋸齒形振蕩，都和磁重聯有關。但是基于磁流體力學的磁重聯模型預言的重聯率太低，難以解釋這些爆發現象所需的快速能量釋放過程。目前一般認為，無碰撞磁重聯提供了一種解釋這些爆發現象所需快重聯的可能性。而四極型霍爾磁場分布是無碰撞磁重聯的一個重要特征，但通常認為這種霍爾磁場分布是離子尺度的。該文章利用MMS衛星提供的高時空分辨率的數據，首次揭示在非對稱無碰撞磁重聯中四極型霍爾磁場的分布可以是電子尺度的。此外，還發現在電子擴散區的邊緣存在著磁能的續存過程，這對理解磁重聯中的磁能釋放有著重要的意義。
對于更大尺度的磁重聯離子擴散區，該課題組在2016年通過衛星觀測證實了離子擴散區內部充滿了相互作用的小尺度磁通量繩結構，并且這些小尺度磁通量繩同樣在磁重聯的磁能釋放過程中起著重要的作用。該工作發表在《自然-物理學》(Nature Physics，2016, 12, 263–267)上，王榮生為第一作者。
該研究得到了國家自然科學基金委和科技部“973”等項目的支持。
非對稱磁重聯中擴散區示意圖