Thermal Weibel instability driven by anisotropic velocity distributions is an important mechanism for self-generating magnetic fields in both laboratory and space plasmas. However, there is a lack of experimental data on thermal Weibel instability due to the difficulty of initializing anisotropic distributions in a controllable manner as well as the challenge of probing the magnetic fields with high spatiotemporal resolution. Here we show that the initial electron velocity distribution of optical-field-ionized plasmas can be easily manipulated by changing laser polarization and such plasmas are unstable to the thermal Weibel instability. The topology of the self-generated magnetic fields depends on the laser polarization. We propose to use ultrashort relativistic electron beams such as those produced by a laser wakefield accelerator as a probe to record the spatiotemporal evolution of the magnetic fields. By taking a series of snapshots of the magnetic fields at different times, the wavevector spectrum and growth rate of the instability can be deduced and compared with kinetic theory.
熱的ワイベル不安定性は、異方性速度分布によって駆動されるものであり、実験室および宇宙プラズマの両方において自己生成磁場の重要なメカニズムである。しかしながら、異方性分布を制御可能な方法で初期化することの困難さと、高い時空間分解能で磁場を計測することの困難さのために、熱的ワイベル不安定性に関する実験データは不足している。ここでは、光学的速度分布を有するプラズマの初期電子速度分布が、レーザー偏光を変化させることによって容易に操作可能であり、そのようなプラズマが熱的ワイベル不安定性に対して不安定であることを示す。自己生成磁場のトポロジーはレーザー偏光に依存する。我々は、レーザー航跡場加速器によって生成されるような超短相対論的電子ビームをプローブとして用い、磁場の時間発展を記録することを提案する。異なる時刻における磁場の一連のスナップショットを取得することにより、不安定性の波数スペクトルと成長率を推定し、運動論と比較することができる。