Японские исследователи из Киотского университета сделали открытие, показавшее, что разряд молний во время грозы сопровождается началом ядерной реакции, в ходе которой стабильные атомы азота и кислорода превращаются в нестабильные и создают антиматерию.
Молнии представляют собой природное явление в виде электрического разряда в атмосфере, сопровождающееся вспышкой света и громом. Первым природу молний описал еще в середине XVIII века один из основателей США Бенджамин Франклин. Сегодня известно, что молнии бывают не только на Земле, но и на других планетах Солнечной системы.
Предположения о том, что разряды молний могут быть связаны с ядерными реакциями в атмосфере, возникали у ученых почти 100 лет назад, но только с помощью новейших современных технических средств удалось зафиксировать и описать это явление достоверно.
Эти исследования стартовали в 80-х годах прошлого века, когда было обнаружено, что разряды молний во время грозы сопровождались рентгеновским излучением. Зимой 2017 года, в период интенсивных гроз в Японии, японские ученые с помощью четырех детекторов, установленных в районе города Касивадзаки, зафиксировали во время разрядов молний повышение радиационного фона в атмосфере. Вызвано это было порожденным молниями сильным гамма-излучением.
Когда ученые проанализировали данные детекторов, то выяснилось, что всплески гамма-излучения были трех различных видов и разнесены во времени. Первый всплеск был продолжительностью менее одной миллисекунды, второй — послесвечение гамма-лучей, длившееся несколько десятков миллисекунд. И самый последний всплеск был наиболее длительным: излучение продолжалось около минуты.
Эти зафиксированные излучения позволили ученым впервые описать полную картину того, что происходило во время молний в атмосфере на атомном уровне. Первый всплеск излучения произошел непосредственно от удара молнии, и затем началась ядерная цепная реакция. Порожденные разрядом молнии гамма-лучи имели достаточно энергии, чтобы буквально «выбить» нейтроны из ядер содержащихся в атмосфере стабильных атомов кислорода-15 и азота -14.
В результате кислород и азот, потерявшие нейтроны, превратились в нестабильные атомы углерода-13 и азота-15. Этот процесс сопровождается появлением позитронов. Позитрон — это античастица, двойник электрона, только с другим, положительным зарядом. Сталкиваясь со своими двойниками, электронами, позитроны образуют антивещество (или антиматерию), что и сопровождается гамма-излучением.
«Принято считать, что антиматерия — это то, что существует только в научной фантастике. Кто мог предположить, что она может создаваться прямо над нашими головами в грозовой день?» — пишут авторы работы.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
Ранее сибирские физики объяснили механизм изменения внутренней структуры протона