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Relaxed States of Alfvenic Turbulence (Articolo in rivista)

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KRISHAN V; NOCERA L (2003)
Relaxed States of Alfvenic Turbulence
in Physics letters. B (Print)
(literal)

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La rilevanza di questo lavoro consiste nel dimostrare che dei solitoni, strutture che risolvono equazioni modello relativamente semplici, possono fungere da stati asintotici per un plasma turbolento mediante un processo di auto-organizzazione altrimenti noto in fisica del plasma come \"emergenza spontanea\". Per questo sono necessari tre requisiti: a) l'esistenza nel plasma di quantita' (dette \"invarianti\") che, in assenza di resistivita' elettrica, si conservano; b) la loro dissipazione, a causa della resistivita' elettrica, su scale temporali differenziate; c) l'esistenza nel plasma di una cascata turbolenta inversa. L'esistenza di questi requisiti non era stata prima studiata per il plasma \"a due fluidi\", che permea il vento solare ed alcune regioni della Magnetosfera terrestre, e viene qui provata teoricamente e numericamente. Sono stati studiati due casi: i) la turbolenza alfvenica (descritta dall'equazione di Schroedinger derivativa nonlineare con resistivita') soddisfa le tre condizioni a-c e porta a strutture coerenti; ii) la turbolenza ibrida inferiore (descritta dall'equazione di Korteweg de Vries modificata a valori complessi con resistivita'), soddisfa solo le condizioni a-b e non porta all'emergenza di strutture auto-organizzate. Nel caso i) la cascata inversa, mediata dallo scattering Brillouin, e le strutture coerenti che emergono dal processo di auto-organizzazione vengono riprodotte numericamente in maniera esplicita. (literal)

Note

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Krishan,V.: Indian Institute of Astrophysics, Bangalore-560034, India. Nocera,L.: Institute for Chemical and Physical Processes, CNR, I-56124 Pisa, Italy (literal)

Titolo

Abstract

By applying the Taylor's relaxation hypothesis, we investigate the relaxed states of the Alfvenic turbulence which is represented here through the Derivative Nonlinear Schroedinger Equation (DNLS). We choose the three lowest order invariants of the DNLS and demonstrate their differential dissipation. We also demonstrate the process of inverse cascade of energy through the mode-mode interaction in the DNLS with dissipation. We perform two variational problems. The variational equation derived using the two lowest-order invariants describes a `constant b', force--free state. However the relaxed state derived using the three lowest order invariants turns out to be equivalent to the steady state of the DNLS. Thus we conclude that the Alfvenic turbulence relaxes or self--organises to a state with soliton type structures which, under certain conditions, approaches the `constant b' force--free state. We believe that the solar wind may be one of physical sites of Alfvenic turbulence to have the right circumstances for the verification of some of these results. (literal)

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