Magnetospheric Multiscale (MMS), a NASA four-spacecraft constellation mission launched on March 12, 2015, will investigate magnetic reconnection in the boundary regions of the Earth’s magnetosphere, particularly along its dayside boundary with the solar wind and the neutral sheet in the magnetic tail. The most important goal of MMS is to conduct a definitive experiment to determine what causes magnetic field lines to reconnect in a collisionless plasma. The significance of the MMS results will extend far beyond the Earth’s magnetosphere because reconnection is known to occur in interplanetary space and in the solar corona where it is responsible for solar flares and the disconnection events known as coronal mass ejections. Active research is also being conducted on reconnection in the laboratory and specifically in magnetic-confinement fusion devices in which it is a limiting factor in achieving and maintaining electron temperatures high enough to initiate fusion. Finally, reconnection is proposed as the cause of numerous phenomena throughout the universe such as comet-tail disconnection events, magnetar flares, supernova ejections, and dynamics of neutron-star accretion disks. The MMS mission design is focused on answering specific questions about reconnection at the Earth’s magnetosphere. The prime focus of the mission is on determining the kinetic processes occurring in the electron diffusion region that are responsible for reconnection and that determine how it is initiated; but the mission will also place that physics into the context of the broad spectrum of physical processes associated with reconnection. Connections to other disciplines such as solar physics, astrophysics, and laboratory plasma physics are expected to be made through theory and modeling as informed by the MMS results.

The Fast Plasma Investigation (FPI) was developed for flight on the Magnetospheric Multiscale (MMS) mission to measure the differential directional flux of magnetospheric electrons and ions with unprecedented time resolution to resolve kinetic-scale plasma dynamics. This increased resolution has been accomplished by placing four dual 180-degree top hat spectrometers for electrons and four dual 180-degree top hat spectrometers for ions around the periphery of each of four MMS spacecraft. Using electrostatic field-of-view deflection, the eight spectrometers for each species together provide 4pi-sr field-of-view with, at worst, 11.25-degree sample spacing. Energy/charge sampling is provided by swept electrostatic energy/charge selection over the range from 10 eV/q to 30000 eV/q. The eight dual spectrometers on each spacecraft are controlled and interrogated by a single block redundant Instrument Data Processing Unit, which in turn interfaces to the observatory’s Instrument Suite Central Instrument Data Processor. This paper describes the design of FPI, its ground and in-flight calibration, its operational concept, and its data products.

Magnetic reconnection is a fundamental physical process in plasmas whereby stored magnetic energy is converted into heat and kinetic energy of charged particles. Reconnection occurs in many astrophysical plasma environments and in laboratory plasmas. Using measurements with very high time resolution, NASA's Magnetospheric Multiscale (MMS) mission has found direct evidence for electron demagnetization and acceleration at sites along the sunward boundary of Earth's magnetosphere where the interplanetary magnetic field reconnects with the terrestrial magnetic field. We have (i) observed the conversion of magnetic energy to particle energy; (ii) measured the electric field and current, which together cause the dissipation of magnetic energy; and (iii) identified the electron population that carries the current as a result of demagnetization and acceleration within the reconnection diffusion/dissipation region.

The Sun moves through the local interstellar medium, continuously emitting ionized, supersonic solar wind plasma and carving out a cavity in interstellar space called the heliosphere. The recently launched Interstellar Boundary Explorer (IBEX) spacecraft has completed its first all-sky maps of the interstellar interaction at the edge of the heliosphere by imaging energetic neutral atoms (ENAs) emanating from this region. We found a bright ribbon of ENA emission, unpredicted by prior models or theories, that may be ordered by the local interstellar magnetic field interacting with the heliosphere. This ribbon is superposed on globally distributed flux variations ordered by both the solar wind structure and the direction of motion through the interstellar medium. Our results indicate that the external galactic environment strongly imprints the heliosphere.

A series of recent measurements of the outflow of ionization from the ionosphere have further heightened our awareness of the strength of the ionospheric source of magnetospheric plasmas. In this paper the ionospheric contribution of the polar wind and cleft ion fountain at energies less than 10 eV has been added to the previously measured sources; this total ion outflow has then been used to calculate the resulting ion density in the different internal regions of the earth's magnetosphere: plasmasphere, plasma trough, plasma sheet, and magnetotail lobes. Using estimated volumes for these regions and an ion residence time characteristic of each region, we have found that the observed magnetospheric densities can be attained in all cases with no contribution from the solar wind plasma. In the case of the plasma sheet the ionospherically supplied density is more than enough to match the observations and even suggests an invisible component of low‐energy plasma (< 10 eV) which has never been observed. A detailed comparison between the calculated ionospheric source effects in the plasma sheet and those recently measured by ISEE shows excellent agreement and suggests a direct polar low‐energy ion source for the plasma sheet which has remained unmeasured because of spacecraft potential effects. Although the solar wind is clearly the earth's magnetospheric energy source and energetic solar wind ions are observed in the magnetosphere, these calculations suggest the possibility that the ionospheric source alone is sufficient to supply the entire magnetospheric plasma content under all geomagnetic conditions.

The Interstellar Boundary Explorer (IBEX) is a small explorer mission that launched on 19 October 2008 with the sole, focused science objective to discover the global interaction between the solar wind and the interstellar medium. IBEX is designed to achieve this objective by answering four fundamental science questions: (1) What is the global strength and structure of the termination shock, (2) How are energetic protons accelerated at the termination shock, (3) What are the global properties of the solar wind flow beyond the termination shock and in the heliotail, and (4) How does the interstellar flow interact with the heliosphere beyond the heliopause? The answers to these questions rely on energy-resolved images of energetic neutral atoms (ENAs), which originate beyond the termination shock, in the inner heliosheath. To make these exploratory ENA observations IBEX carries two ultra-high sensitivity ENA cameras on a simple spinning spacecraft. IBEX's very high apogee Earth orbit was achieved using a new and significantly enhanced method for launching small satellites; this orbit allows viewing of the outer heliosphere from beyond the Earth's relatively bright magnetospheric ENA emissions. The combination of full-sky imaging and energy spectral measurements of ENAs over the range from ∼10 eV to 6 keV provides the critical information to allow us to achieve our science objective and understand this global interaction for the first time. The IBEX mission was developed to provide the first global views of the Sun's interstellar boundaries, unveiling the physics of the heliosphere's interstellar interaction, providing a deeper understanding of the heliosphere and thereby astrospheres throughout the galaxy, and creating the opportunity to make even greater unanticipated discoveries.

Magnetic reconnection in current sheets is a magnetic-to-particle energy conversion process that is fundamental to many space and laboratory plasma systems. In the standard model of reconnection, this process occurs in a minuscule electron-scale diffusion region1,2. On larger scales, ions couple to the newly reconnected magnetic-field lines and are ejected away from the diffusion region in the form of bi-directional ion jets at the ion Alfvén speed3-5. Much of the energy conversion occurs in spatially extended ion exhausts downstream of the diffusion region 6 . In turbulent plasmas, which contain a large number of small-scale current sheets, reconnection has long been suggested to have a major role in the dissipation of turbulent energy at kinetic scales7-11. However, evidence for reconnection plasma jetting in small-scale turbulent plasmas has so far been lacking. Here we report observations made in Earth's turbulent magnetosheath region (downstream of the bow shock) of an electron-scale current sheet in which diverging bi-directional super-ion-Alfvénic electron jets, parallel electric fields and enhanced magnetic-to-particle energy conversion were detected. Contrary to the standard model of reconnection, the thin reconnecting current sheet was not embedded in a wider ion-scale current layer and no ion jets were detected. Observations of this and other similar, but unidirectional, electron jet events without signatures of ion reconnection reveal a form of reconnection that can drive turbulent energy transfer and dissipation in electron-scale current sheets without ion coupling.

Objectives: The open Latarjet (OL) is a bony transfer procedure used in the treatment of anterior shoulder instability in those at greater risk of recurrence. OL has shown excellent return to play (RTP) and low recurrence in athletes, but there is limited published evidence for outcomes over long-term follow-up. The purpose of this study was to evaluate the outcomes of athletes 5-years postoperatively following the OL procedure, and to evaluate factors associated with satisfaction and shoulder function, as defined by subjective shoulder value (SSV). Methods: A retrospective review of athletes who underwent OL under a single surgeon with a minimum of 5-year follow-up was performed. Recurrence, Visual Analogue Scale (VAS) for pain, satisfaction, SSV, Rowe score, Shoulder Instability-Return to Sport After Injury (SI-RSI) score, whether they would undergo the same surgery again, along with rate, level and timing of RTP, were evaluated. Multilinear regression models were used to evaluate factors affecting postoperative satisfaction and SSV level. Results: Overall, 126 shoulder in 117 male athletes who underwent OL were included, with a mean age of 22.8 ± 5.8 years old, with mean follow-up of 71.5 ±10.3 months (range 60-84 months). At final follow-up, 92.46% were satisfied/very satisfied, and the mean SSV was 85.5 ± 14.9. Overall, the rate of RTP was 90.5%, with 79.8% returning at the same level or higher level at a mean of 7.3 ± 2.9 months. There were 9 athletes (7.1%) who experienced further dislocation, all during contact sports. In total, 9 (7.1%) athletes had a further operation, 3 (2.4%) of which were for further instability. The mean SI-RSI score was 82.3 ± 27.3 and the mean Rowe score was 84.7 ± 17.4, while the mean VAS score was 2.1 ± 1.9. Linear regression revealed that the SI-RSI score (p < 0.001), SSV (p = 0.003), and RTP (p = 0.049) were associated with satisfaction. The SI-RSI score (p = 0.023), VAS score (p < 0.001), Rowe score (p = 0.028), and RTP (p = 0.013), were all associated with SSV score. Conclusions: At a minimum 5-year follow-up, there was a very high rate of satisfaction, with excellent patient-reported outcomes, low rates of recurrent instability, and a high rate of RTP among athletes. This study identified that the SI-RSI score, VAS score, Rowe score and ability to RTP at the same level were associated with both satisfaction and SSV score.

Magnetic flux ropes are pivotal structures and building blocks in astrophysical and laboratory plasmas, and various equilibrium models have thus been studied in the past. However, flux ropes in general form at non-equilibrium, and their pathway from formation to relaxation is a crucial process that determines their eventual properties. Here we show that any localized current parallel to a background magnetic field will evolve into a flux rope via non-equilibrium processes. The detailed kinetic dynamics are exhaustively explained through single-particle and Vlasov analyses and verified through particle-in-cell simulations. This process is consistent with many proposed mechanisms of flux rope generation such as magnetic reconnection. A spacecraft observation of an example flux rope is also presented; by invoking the non-equilibrium process, its structure and properties can be explicated down to all six components of the temperature tensor. Flux ropes are fundamental structures that govern much of the dynamics in astrophysical and space plasmas. The authors show how out-of-equilibrium processes can form small-scale flux ropes and compare them to simulations and spacecraft observations.

Background: Traditionally mechanical alignment has been the gold standard for total knee replacement (TKR). Patients with moderate to severe varus deformity undergoing TKR, often require soft tissue release. The use of robotic assisted (RA)-TKR and functional alignment, should allow the surgeon to make less soft tissue releases to restore patients to constitutional varus. The purpose of this study is to assess clinical outcomes for patients undergoing RA-TKR, who had ≥15 degrees of varus deformity while manipulated under anaesthesia. Methods: Data from all patients, with osteoarthritis, who underwent a RA-TKR under a single surgeon between December 2016 and January 2022 was collected. Data were collected pre-operatively and at 1 year follow up, for patient reported outcome measures including the Forgotten Joint Score (FJS) and Oxford Knee Score (OKS). Results: There were 92 patients with ≥15 degrees varus who received RA-TKR. Of these, 51 had a body mass index (BMI) ≥30 kg/m2 and 41 had a BMI <30 kg/m2. There were 13 (14.1%) patients who required soft tissue release. The average varus measured intra-operatively pre-implantation was 16.4°±1.8° and post implantation was 7.9°±2.8°. Fifty-nine patients were assessed at 1 year follow up, the average FJS was 78.6±20.4 and the average OKS at 1 year follow up was 44.3±4.3. Conclusions: Following primary RA-TKR, patients with varus deformity ≥15 degrees, had good patient reported outcomes with low numbers of soft tissue release. Patients with a BMI ≥30 kg/m2 also had satisfactory patient reported outcomes.