Освітлення завжди було джерелом побоювання та загадковості для нас, мало смертних. У давнину люди пов'язували його з такими богами, як Зевс і Тор, батьки грецьких та норвезьких пантеонів. З народженням сучасної науки та метеорології освітлення вже не вважається провінцією божественного. Однак це не означає, що почуття таємниці, яку вона несе, зменшилося на один біт.
Наприклад, вчені встановили, що блискавка виникає в атмосферах інших планет, як газовий гігант Юпітер (відповідно!) Та пекельний світ Венери. За даними недавнього дослідження з Кіотського університету, гамма-промені, спричинені освітленням, взаємодіють з молекулами повітря, регулярно виробляючи радіоізотопи і навіть позитрони - антиматеріальну версію електронів.
Дослідження під назвою "Фотонуклеарні реакції, викликані розрядом блискавки", нещодавно з'явилося в науковому журналі Природа. Дослідженням керував Теруакі Еното, дослідник Центру перспективних досліджень Хакубі в Кіотському університеті, і включав членів університету Токіо, Університету Хоккайдо, Університету Нагоя, Центру RIKEN Nishina, команди MAXI та японської атомної енергії Агентство.
Певний час фізикам було відомо, що невеликі спалахи високоенергетичних гамма-променів можуть бути спричинені грозами, що називаються «земними спалахами гамма-випромінювань». Вважається, що вони є результатом статичних електричних полів, що прискорюють електрони, які потім сповільнюються атмосферою. Це явище вперше було виявлено космічними обсерваторіями, і спостерігалися промені до 100 000 вольт (100 МеВ).
Враховуючи енергетичний рівень, японська дослідницька група намагалася вивчити, як ці сплески гамма-променів взаємодіють з молекулами повітря. Як пояснив у прес-релізі Кіотського університету Теруакі Еното з Кіотського університету, який керує проектом:
«Ми вже знали, що грози і блискавка випромінюють гамма-промені, і висловлювали гіпотезу, що вони якимось чином реагуватимуть на ядрах екологічних елементів в атмосфері. Взимку західний прибережний район Японії ідеально підходить для спостереження за потужними блискавками та грозами. Отже, у 2015 році ми почали будувати низку маленьких детекторів гамма-променів та розміщувати їх у різних місцях уздовж узбережжя. "
На жаль, команда зіткнулася з проблемами фінансування. Як пояснив Еното, вони вирішили звернутися до широкої громадськості та влаштували краудфандингову кампанію для фінансування своєї роботи. "Ми створили кампанію краудфандингу через сайт" академіка ", - сказав він, - в якій ми пояснили наш науковий метод та цілі проекту. Завдяки всій підтримці нам вдалося досягти набагато більше, ніж наша первісна мета фінансування ».
Завдяки успіху своєї кампанії команда побудувала та встановила детектори частинок на північно-західному узбережжі Хонсю. У лютому 2017 року вони встановили ще чотири детектори в місті Кашивазакі, що знаходиться в декількох сотнях метрів від сусіднього міста Ніігата. Одразу після встановлення сповіщувачів у Нііґаті відбувся удар блискавки, і команда змогла його вивчити.
Те, що вони знайшли, було щось зовсім нове і несподіване. Проаналізувавши дані, команда виявила три чіткі вибухи гамма-променів різної тривалості. Перший був меншим за мілісекунду, другий - гамма-променем, який потребував декількох мілісекунд, і останній був тривалим випромінюванням тривалістю близько однієї хвилини. Як пояснив Еното:
«Ми могли сказати, що перший вибух був від удару блискавки. За допомогою нашого аналізу та розрахунків ми врешті визначили джерела другого та третього викидів ».
Вони визначили, що другий відблиск був викликаний блискавкою, що реагувала з азотом в атмосфері. По суті, гамма-промені здатні змусити молекули азоту втрачати нейтрон, і саме реабсорбція цих нейтронів іншими атмосферними частинками виробляла післясвічення гамма-променів. Остаточна, тривала емісія була наслідком руйнування нестабільних атомів азоту.
Саме тут справді вийшло цікаво. Коли нестабільний азот руйнувався, він випустив позитрони, які потім зіткнулися з електронами, викликаючи знищення речовини-антиматерії, що виділило більше гамма-променів. Як пояснив Еното, це вперше продемонструвало, що антиматерия - це те, що може виникнути в природі завдяки загальним механізмам.
"У нас є думка, що антиматерия - це те, що існує лише у науковій фантастиці", - сказав він. «Хто знав, що це може буріти прямо над нашими головами у бурхливий день? І ми знаємо все це завдяки нашим прихильникам, які приєдналися до нас через "академіка". Ми щиро вдячні усім ».
Якщо ці результати справді правильні, то антиматерія не є надзвичайно рідкісною речовиною, яку ми, як правило, вважаємо. Крім того, дослідження може запропонувати нові можливості для фізики високих енергій та антиматеріалів. Все це дослідження також може призвести до розробки нових або вдосконалених методик його створення.
Забігаючи наперед, Еното та його команда сподіваються провести більше досліджень, використовуючи десять детекторів, які вони все ще працюють уздовж узбережжя Японії. Вони також сподіваються продовжувати залучати громадськість до своїх досліджень, процесу, що виходить далеко за межі краудфандингу та включає зусилля громадянських вчених для допомоги в обробці та інтерпретації даних.
