Gyrationsradius

Gyrationsradius bezeichnet den Radius der kreisförmigen Bewegung, die ein geladenes Teilchen in einem homogenen Magnetfeld ausführt. Er ist ein zentraler Parameter in der Plasmaphysik und der Astrophysik kosmischer Strahlung.

Ein geladenes Teilchen, das sich senkrecht zu einem Magnetfeld bewegt, wird durch die Lorentzkraft auf eine Kreisbahn gezwungen. Der Radius dieser Bahn hängt von der Masse des Teilchens, seiner Geschwindigkeit (genauer: seinem Impuls) und der Stärke des Magnetfeldes ab. Er ist direkt proportional zum Teilchenimpuls und umgekehrt proportional zur Ladung und zur magnetischen Feldstärke.

In der astrophysikalischen Praxis ist der Gyrationsradius bedeutsam für das Verständnis kosmischer Strahlung. Hochenergetische Protonen und Kerne, die durch das Universum reisen, werden durch interstellare und intergalaktische Magnetfelder abgelenkt. Liegt der Gyrationsradius eines Teilchens in der Größenordnung der magnetischen Strukturen (etwa der Dicke der galaktischen Scheibe von rund 300 bis 1.000 Lichtjahren), so wird das Teilchen stark gestreut und seine Ausbreitungsrichtung stark randomisiert. Sehr hochenergetische Teilchen mit großem Gyrationsradius gegenüber galaktischen Strukturen können hingegen auf ihre Quellen zurückverfolgt werden.

Für Elektronen, die in Supernova-Überresten beschleunigt werden, bestimmt der Gyrationsradius zusammen mit der Feldstärke die Frequenz der emittierten Synchrotronstrahlung.