Non-thermal particle acceleration and power-law tails via relaxation to universal Lynden-Bell equilibria

Auteurs : Robert J. Ewart, Michael L. Nastac, Alexander A. Schekochihin

arXiv: 2304.03715v1 - DOI (physics.plasm-ph)
28 pages, 5 figures

Résumé : Collisionless and weakly collisional plasmas often exhibit non-thermal quasi-equilibria. Among these quasi-equilibria, distributions with power-law tails are ubiquitous. It is shown that the statistical-mechanical approach originally suggested by Lynden-Bell (1967) can easily recover such power-law tails. Moreover, we show that, despite the apparent diversity of Lynden-Bell equilibria, a generic form of the equilibrium distribution at high energies is a `hard' power-law tail $\propto \varepsilon^{-2}$, where $\varepsilon$ is the particle energy. The shape of the `core' of the distribution, located at low energies, retains some dependence on the initial condition but it is the tail (or `halo') that contains most of the energy. Thus, a degree of universality exists in collisionless plasmas.

Soumis à arXiv le 07 Avr. 2023

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