Oświetlenie zawsze było źródłem podziwu i tajemnicy dla nas, niskich śmiertelników. W czasach starożytnych ludzie kojarzyli go z bogami, takimi jak Zeus i Thor, ojcami greckich i nordyckich panteonów. Wraz z narodzinami nowoczesnej nauki i meteorologii oświetlenie nie jest już uważane za prowincję boskości. Nie oznacza to jednak, że poczucie tajemnicy, które niesie, nieco się zmniejszyło.
Na przykład naukowcy odkryli, że błyskawice występują w atmosferach innych planet, takich jak gazowy gigant Jowisz (odpowiednio!) I piekielny świat Wenus. Według najnowszych badań z Uniwersytetu w Kioto promienie gamma wywołane przez światło oddziałują z cząsteczkami powietrza, regularnie wytwarzając radioizotopy, a nawet pozytony - antymaterialną wersję elektronów.
Badanie zatytułowane „Reakcje fotonuklearne wywołane wyładowaniem piorunowym” pojawiło się niedawno w czasopiśmie naukowym Natura. Badanie było prowadzone przez Teruaki Enoto, naukowca z The Hakubi Center for Advanced Research na Uniwersytecie w Kioto, i obejmowało członków z Uniwersytetu w Tokio, Uniwersytetu Hokkaido, Uniwersytetu Nagoya, Centrum RIKEN Nishina, Zespołu MAXI i Japońskiej Energii Atomowej Agencja.
Od pewnego czasu fizycy zdają sobie sprawę z tego, że burze z piorunami mogą wytworzyć niewielkie rozbłyski wysokoenergetycznych promieni gamma - tak zwane „ziemskie błyski gamma”. Uważa się, że są one wynikiem statycznych pól elektrycznych przyspieszających elektrony, które następnie są spowalniane przez atmosferę. Zjawisko to odkryto po raz pierwszy w obserwatoriach kosmicznych i zaobserwowano promienie do 100 000 elektronowoltów (100 MeV).
Biorąc pod uwagę zaangażowane poziomy energii, japoński zespół badawczy starał się zbadać, w jaki sposób te wybuchy promieni gamma oddziałują z cząsteczkami powietrza. Jak Teruaki Enoto z Uniwersytetu w Kioto, który prowadzi projekt, wyjaśnił w komunikacie prasowym Uniwersytetu w Kioto:
„Wiedzieliśmy już, że chmury burzowe i błyskawice emitują promienie gamma, i wysunęliśmy hipotezę, że w pewien sposób zareagują na jądro elementów środowiska w atmosferze. Zimą zachodnie wybrzeże Japonii jest idealne do obserwacji potężnych błyskawic i burz. W 2015 roku rozpoczęliśmy budowę serii małych detektorów promieniowania gamma i umieściliśmy je w różnych lokalizacjach na wybrzeżu ”.
Niestety po drodze zespół napotkał problemy z finansowaniem. Jak wyjaśnił Enoto, postanowili dotrzeć do ogółu społeczeństwa i zorganizowali kampanię crowdfundingową w celu sfinansowania swojej pracy. „Założyliśmy kampanię crowdfundingową za pośrednictwem strony„ naukowca ”- powiedział - w której wyjaśniliśmy naszą metodę naukową i cele projektu. Dzięki wsparciu wszystkich osób byliśmy w stanie zarobić znacznie więcej niż nasz pierwotny cel finansowania. ”
Dzięki sukcesowi kampanii zespół zbudował i zainstalował detektory cząstek na północno-zachodnim wybrzeżu Honsiu. W lutym 2017 roku zainstalowali cztery kolejne detektory w mieście Kashiwazaki, które jest kilkaset metrów od sąsiedniego miasta Niigata. Natychmiast po zainstalowaniu detektorów w Niigata doszło do uderzenia pioruna i zespół był w stanie to zbadać.
Znaleźli coś zupełnie nowego i nieoczekiwanego. Po przeanalizowaniu danych zespół wykrył trzy różne rozbłyski gamma o różnym czasie trwania. Pierwszy był krótszy niż milisekunda, drugi był poświatą promieniowania gamma, który rozpadł się po kilku milisekundach, a ostatni był przedłużoną emisją trwającą około jednej minuty. Jak wyjaśnił Enoto:
„Mogliśmy stwierdzić, że pierwsza seria była od uderzenia pioruna. Dzięki naszej analizie i obliczeniom ostatecznie ustaliliśmy również pochodzenie drugiej i trzeciej emisji. ”
Ustalili, że druga poświata była spowodowana błyskawicą reagującą z azotem w atmosferze. Zasadniczo promienie gamma są w stanie powodować utratę neutronów przez cząsteczki azotu, a to reabsorpcja tych neutronów przez inne cząstki atmosferyczne spowodowała poświatę promieniowania gamma. Ostateczna, przedłużona emisja była wynikiem rozpadu niestabilnych atomów azotu.
To tutaj rzeczy naprawdę stały się interesujące. Gdy niestabilny azot rozpadł się, uwolnił pozytony, które następnie zderzyły się z elektronami, powodując anihilacje materii i antymaterii, które uwolniły więcej promieni gamma. Jak wyjaśnił Enoto, pokazało to po raz pierwszy, że antymateria może wystąpić w naturze z powodu wspólnych mechanizmów.
„Mamy pomysł, że antymateria istnieje tylko w science fiction” - powiedział. „Kto wiedział, że w burzliwy dzień może przelecieć tuż nad naszymi głowami? A wszystko to wiemy dzięki naszym zwolennikom, którzy dołączyli do nas poprzez „naukowca”. Jesteśmy naprawdę wdzięczni wszystkim. ”
Jeśli te wyniki są rzeczywiście poprawne, to antymateria nie jest niezwykle rzadką substancją, którą zwykle uważamy za taką. Ponadto badanie może dać nowe możliwości w dziedzinie fizyki wysokich energii i badań antymaterii. Wszystkie te badania mogą również prowadzić do opracowania nowych lub dopracowanych technik ich tworzenia.
Patrząc w przyszłość, Enoto i jego zespół mają nadzieję przeprowadzić więcej badań przy użyciu dziesięciu detektorów, które wciąż działają na wybrzeżu Japonii. Mają również nadzieję, że nadal będą angażować społeczeństwo w badania, proces, który wykracza daleko poza finansowanie społecznościowe i obejmuje wysiłki obywateli-naukowców, aby pomóc w przetwarzaniu i interpretacji danych.
