费米加速

费米加速，有时称为扩散冲击加速度（费米加速的一个子类），是带电粒子在反复反射时所经历的加速度，通常由磁镜（另见加速离心机制）。 它的名字取自首先提出该机制的物理学家恩里科·费米 (Enrico Fermi)。 这被认为是粒子在天体物理冲击波中获得非热能的主要机制。 它在许多天体物理模型中起着非常重要的作用，主要是包括太阳耀斑和超新星遗迹在内的激波。

费米加速有两种类型：一阶费米加速（在激波中）和二阶费米加速（在移动的磁化气体云环境中）。 在这两种情况下，为了使机制有效，环境必须是无碰撞的。 这是因为费米加速只适用于能量超过热能的粒子，与周围粒子的频繁碰撞会造成严重的能量损失，因此不会发生加速。

冲击波通常在其前后具有移动的磁不均匀性。 考虑带电粒子穿过冲击波（从上游到下游）的情况。 如果它遇到磁场的移动变化，这可以通过激波（从下游到上游）以更快的速度将其反射回来。 如果上游发生类似的过程，粒子将再次获得能量。 这些多次反射xxx增加了它的能量。 经历这个过程的许多粒子的最终能谱（假设它们不影响激波的结构）证明是幂律：d N ( ϵ ) d ϵ ∝ ϵ − p {\displaystyle {\frac {dN(\epsilon )}{d\epsilon }}\propto \epsilon {-p}} 其中光谱指数 p ≳ 2 {\displaystyle p\gtrsim 2} 取决于非相对论激波 ，仅在震动的压缩比上。 术语一阶来自于这样一个事实，即每次激波穿越的能量增益与 β s {\displaystyle \beta _{s}} 成正比，即激波速度除以光速。

一阶费米过程的一个谜是注入问题。 在激波环境中，只有能量xxx超过热能的粒子（至少是几倍）才能穿过激波并“进入加速游戏”。 目前尚不清楚是什么机制导致粒子最初具有足够高的能量来做到这一点。

二阶费米加速与带电粒子在随机移动的磁镜存在下运动期间获得的能量有关。 因此，如果磁镜朝粒子移动，粒子最终会在反射时增加能量。

如果镜子在后退，则相反。 费米 (1949) 使用这个概念来解释宇宙射线的形成模式。 在这种情况下，磁镜是一个移动的星际磁化云。 费米认为，在随机运动环境中，正面碰撞的概率大于头尾碰撞的概率，因此平均而言，粒子会被加速。 这个随机过程现在称为二阶费米加速，因为每次反弹的平均能量增益取决于镜面速度的平方 β m 2 {\displaystyle \beta _{m}{2}} 。由此产生的能谱 然而，从这种物理设置中预期的结果并不像扩散冲击加速的情况那样普遍。