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.

A Sweet-Parker-type scaling analysis for asymmetric antiparallel reconnection (in which the reconnecting magnetic field strengths and plasma densities are different on opposite sides of the dissipation region) is performed. Scaling laws for the reconnection rate, outflow speed, the density of the outflow, and the structure of the dissipation region are derived from first principles. These results are independent of the dissipation mechanism. It is shown that a generic feature of asymmetric reconnection is that the X-line and stagnation point are not colocated, leading to a bulk flow of plasma across the X-line. The scaling laws are verified using two-dimensional resistive magnetohydrodynamics numerical simulations for the special case of asymmetric magnetic fields with symmetric density. Observational signatures and applications to reconnection in the magnetosphere are discussed.

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.