Magnetic reconnection is the topological reconfiguration of the magnetic field in a plasma, accompanied by the violent release of energy and particle acceleration. Reconnection is as ubiquitous as plasmas themselves, with solar flares perhaps the most popular example. Other fascinating processes where reconnection plays a key role include the magnetic dynamo, geomagnetic storms and the sawtooth crash in tokamaks.Over the last few years, the theoretical understanding of magnetic reconnection in large-scale fluid systems has undergone a major paradigm shift. The steady-state model of reconnection described by the famous Sweet–Parker (SP) theory, which dominated the field for ∼50 years, has been replaced with an essentially time-dependent, bursty picture of the reconnection layer, dominated by the continuous formation and ejection of multiple secondary islands (plasmoids). Whereas in the SP model reconnection was predicted to be slow, a major implication of this new paradigm is that reconnection in fluid systems is fast (i.e. independent of the Lundquist number), provided that the system is large enough. This conceptual shift hinges on the realization that SP-like current layers are violently unstable to the plasmoid (tearing) instability—implying, therefore, that such current sheets are super-critically unstable and thus can never form in the first place. This suggests that the formation of a current sheet and the subsequent reconnection process cannot be decoupled, as is commonly assumed.This paper provides an introductory-level overview of the recent developments in reconnection theory and simulations that led to this essentially new framework. We briefly discuss the role played by the plasmoid instability in selected applications, and describe some of the outstanding challenges that remain at the frontier of this subject. Amongst these are the analytical and numerical extension of the plasmoid instability to (i) 3D and (ii) non-magnetohydrodynamics (MHD) regimes. New results are reported in both cases.
磁気リコネクションは、プラズマ中における磁場の位相構造の再構成であり、それに伴うエネルギーの激しい解放と粒子の加速を特徴とする。リコネクションは、プラズマ自体と同様に普遍的に存在する現象であり、その最も有名な例は太陽フレアであろう。リコネクションが重要な役割を果たす他の魅力的なプロセスとしては、磁気ダイナモ、磁気嵐、トカマクにおける鋸歯状振動崩壊などが挙げられる。 ここ数年で、大規模流体システムにおける磁気リコネクションの理論的理解には大きなパラダイムシフトが生じている。約50年にわたりこの分野を支配してきた有名なスイート・パーカー（SP）理論によって記述される定常状態のリコネクションモデルは、本質的に時間依存性を持つ、バースト的なリコネクション層の描像へと置き換えられた。この新しい描像では、複数の二次島（プラズモイド）が継続的に形成され、放出される。SPモデルにおいてリコネクションは遅いと予測されていたのに対し、この新しいパラダイムの重要な含意は、システムが十分に大きければ、流体システムにおけるリコネクションは速い（すなわち、ランドキスト数に依存しない）ということである。この概念的転換は、SP型の電流層がプラズモイド（テアリング）不安定性に対して激しく不安定であるという認識に基づいている。すなわち、そのような電流層は超臨界的に不安定であり、したがってそもそも形成され得ないことを意味する。これは、電流層の形成とその後のリコネクションプロセスは、一般に想定されているように分離できないことを示唆している。 本論文は、この本質的に新しい枠組みをもたらしたリコネクション理論とシミュレーションの最近の発展について、入門的な概要を提供する。我々は、選択された応用事例におけるプラズモイド不安定性の役割について簡潔に議論し、このテーマの最前線に残るいくつかの課題について述べる。それらの中には、プラズモイド不安定性の（i）3次元および（ii）非磁気流体力学（MHD）領域への解析的・数値的拡張が含まれる。両方の場合について、新しい結果が報告される。