การเร่งความเร็วแบบเฟอร์มิ^{[ 1} ] ^{[ 2 ]บางครั้ง}เรียกว่าการเร่งความเร็วแบบช็อกแบบแพร่กระจาย (ซึ่งเป็นประเภทย่อยของการเร่งความเร็วแบบเฟอร์มิ^{[ 3 ]} ) คือการเร่งความเร็วที่อนุภาคประจุ ได้รับเมื่อถูกสะท้อนซ้ำๆ โดยปกติโดยกระจกแม่เหล็ก (ดูกลไกการเร่งความเร็วแบบแรงเหวี่ยง ด้วย ) ชื่อนี้ได้มาจากนักฟิสิกส์Enrico Fermiผู้เสนอกลไกนี้เป็นคนแรก เชื่อกันว่านี่เป็นกลไกหลักที่อนุภาคได้รับพลังงานที่ไม่ใช่ความร้อนในคลื่นกระแทก ทางดาราศาสตร์ มันมีบทบาทสำคัญมากในแบบจำลองทางดาราศาสตร์หลายแบบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งคลื่นกระแทก เช่นเปลวสุริยะและซากซูเปอร์โนวา^{[ 4 ]}

การเร่งความเร็วแบบเฟอร์มิมีสองประเภท ได้แก่ การเร่งความเร็วแบบเฟอร์มิอันดับหนึ่ง (ในคลื่นกระแทก) และการเร่งความเร็วแบบเฟอร์มิอันดับสอง (ในสภาพแวดล้อมของกลุ่มก๊าซแม่เหล็กที่เคลื่อนที่) ในทั้งสองกรณี สภาพแวดล้อมจะต้องปราศจากการชนกันเพื่อให้กลไกนี้มีประสิทธิภาพ เนื่องจาก การเร่งความเร็วแบบเฟอร์มิใช้ได้กับอนุภาคที่มีพลังงานสูงกว่าพลังงานความร้อนเท่านั้น และการชนกับอนุภาครอบข้างบ่อยครั้งจะทำให้สูญเสียพลังงานอย่างรุนแรงและส่งผลให้ไม่เกิดการเร่งความเร็ว

คลื่นกระแทกมักมีความไม่สม่ำเสมอของสนามแม่เหล็กที่เคลื่อนที่ทั้งก่อนและหลังคลื่น ลองพิจารณากรณีของอนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่ผ่านคลื่นกระแทก (จากต้นน้ำไปยังปลายน้ำ) หากมันพบกับการเปลี่ยนแปลงที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก มันสามารถสะท้อนกลับผ่านคลื่นกระแทก (จากปลายน้ำไปยังต้นน้ำ) ด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้น หากกระบวนการที่คล้ายกันเกิดขึ้นที่ต้นน้ำ อนุภาคก็จะได้รับพลังงานอีกครั้ง การสะท้อนหลายครั้งเหล่านี้ทำให้พลังงานของมันเพิ่มขึ้นอย่างมาก สเปกตรัมพลังงานของอนุภาคจำนวนมากที่ผ่านกระบวนการนี้ (โดยสมมติว่าพวกมันไม่ส่งผลต่อโครงสร้างของคลื่นกระแทก) จะกลายเป็นกฎกำลัง: โดยที่ดัชนีสเปกตรัมขึ้นอยู่กับอัตราส่วนการบีบอัดของคลื่นกระแทกเท่านั้น สำหรับคลื่นกระแทกที่ไม่เป็นไปตามทฤษฎีสัมพัทธภาพ $${\displaystyle {\frac {dN(\varepsilon )}{d\varepsilon }}\propto \varepsilon ^{-p}}$$${\displaystyle p\gtrsim 2}$

คำว่า "อันดับแรก" มาจากข้อเท็จจริงที่ว่าพลังงานที่ได้รับต่อการผ่านคลื่นกระแทกแต่ละครั้งเป็นสัดส่วนกับความเร็วของคลื่นกระแทกหารด้วยความเร็วแสง ${\displaystyle \beta _{s}}$

ปริศนาของกระบวนการเฟอร์มิอันดับแรกคือปัญหาการฉีดในสภาพแวดล้อมของคลื่นกระแทก มีเพียงอนุภาคที่มีพลังงานที่มากกว่าพลังงานความร้อนมาก (อย่างน้อยไม่กี่เท่า) เท่านั้นที่สามารถข้ามคลื่นกระแทกและ 'เข้าสู่เกม' ของการเร่งความเร็ว ปัจจุบันยังไม่ชัดเจนว่ากลไกใดทำให้อนุภาคมีพลังงานเริ่มต้นสูงพอที่จะทำเช่นนั้นได้^{[ 5 ]}

การเร่งความเร็วเฟอร์มิอันดับสองเกี่ยวข้องกับปริมาณพลังงานที่ได้รับระหว่างการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุในขณะที่มี "กระจกแม่เหล็ก" ที่เคลื่อนที่แบบสุ่ม ดังนั้น หากกระจกแม่เหล็กเคลื่อนที่เข้าหาอนุภาค อนุภาคจะได้รับพลังงานเพิ่มขึ้นเมื่อสะท้อนกลับ ในทางกลับกัน หากกระจกเคลื่อนที่ออกห่าง แนวคิดนี้ถูกใช้โดยเฟอร์มิ (1949) ^{[ 3 ]}เพื่ออธิบายรูปแบบการก่อตัวของรังสีคอสมิก ในกรณีนี้ กระจกแม่เหล็กคือเมฆแม่เหล็กระหว่างดาวที่เคลื่อนที่ ในสภาพแวดล้อมการเคลื่อนที่แบบสุ่ม เฟอร์มิให้เหตุผลว่า ความน่าจะเป็นของการชนกันแบบตรงๆ นั้นมากกว่าการชนกันแบบหัวต่อท้าย ดังนั้นโดยเฉลี่ยแล้วอนุภาคจะถูกเร่งความเร็ว กระบวนการแบบสุ่มนี้เรียกว่าการเร่งความเร็วเฟอร์มิอันดับสอง เนื่องจากพลังงานเฉลี่ยที่ได้รับต่อการสะท้อนขึ้นอยู่กับกำลังสองของความเร็วของกระจกอย่างไรก็ตาม สเปกตรัมพลังงานที่คาดการณ์ได้จากการตั้งค่าทางกายภาพนี้ไม่ได้เป็นสากลเหมือนในกรณีของการเร่งความเร็วแบบช็อกแบบแพร่กระจาย ${\displaystyle \beta _{m}^{2}}$

• แบบจำลองเฟอร์มิ-อูแลม
• แสงเฟอร์มิ
• คลื่นกระแทกในฟิสิกส์ดาราศาสตร์

• บทความของเดวิด ดาร์ลิ่ง เกี่ยวกับการเร่งความเร็วแบบเฟอร์มิ
• Rieger, Bosch-Ramon และ Duffy: การเร่งความเร็วแบบเฟอร์มิในเจ็ตทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ดาราศาสตร์และวิทยาศาสตร์อวกาศ 309:119-125 (2007)
• บทนำสู่การเร่งความเร็วแบบเฟอร์มิ โดย ดี. จิอาลิส