雷电伽马射线如何产生放射性同位素和正电子

admin 2018-05-15

A Kyoto University-based team has unraveled the mystery of gamma-ray emission cascades caused by lightning strikes. Credit: Kyoto University/Teruaki Enoto

风暴系统接近:天空变暗,以及来自地平线的低沉雷声回声。然后没有警告...... Flash!崩溃! - 闪电已经袭来。

这个场景虽然对任何人都很熟悉,并在整个星球上不断重复着,但并不是没有神秘感。但是现在这个神秘加深了,发现闪电可能导致物质 - 反物质湮灭。

在自然界出现的一项合作研究中,来自日本的研究人员描述了雷电的伽马射线如何与空气发生反应,产生放射性同位素甚至正电子 - 反物质等同于电子。

“我们已经知道雷雨和闪电会发出伽马射线,并且假设它们会以某种方式与大气中环境因素的核心反应,”负责该项目的京都大学的Teruaki Enoto解释说。

“在冬季,日本的西部沿海地区是观察强大闪电和雷暴的理想地点。因此,在2015年,我们开始建造一系列小型伽玛射线探测器,并将它们放置在沿海的不同地点。“

但随后该团队遇到了资金问题。为了继续他们的工作,并部分地尽可能快地与广大潜在感兴趣的公众接触,他们转向互联网。

“我们通过'学者'网站设立了众筹活动,”Enoto继续说道,“我们在这里解释了我们的科学方法和项目目标。感谢大家的支持,我们能够做出比我们最初的筹资目标更多的东西。“

在成功的推动下,该团队建造了更多的探测器,并将其安装在本州西北海岸。然后在2017年2月,新泻柏崎市安装了4台探测器,在数百米外的雷击之后立即录制了大量的伽马射线峰值。

当时团队意识到他们正在看到一个新的隐藏的闪电面孔。

当他们分析数据时,科学家们发现了三种不同的伽马射线爆发。第一个持续时间少于1毫秒;第二种是伽玛射线余辉,衰减了数十毫秒;最后持续约一分钟的持续排放。

Enoto解释说,“我们可以说第一次爆炸来自雷击。通过我们的分析和计算,我们最终确定了第二和第三排放的起源。“

例如,第二种余辉是由闪电与大气中的氮气发生反应引起的。闪电射出的伽玛射线有足够的能量将中子击出大气中的氮气,这是由大气中产生伽玛射线余辉的粒子重吸收中子。

最后的长时间排放来自现在的中子贫乏和不稳定的氮原子的分解。这些释放的正电子随后在湮灭事件中与电子碰撞释放出伽马射线。

“我们有这样的想法,即反物质只存在于科幻小说中。谁知道在暴风雨的一天它可能会超越我们的头脑?“Enoto说。

“我们知道这一切都要归功于我们的支持者,他们通过'学者'加入了我们。我们真的很感激所有人。“

该团队仍在日本海岸维护着十多台探测器,并不断收集数据。他们期待着可能等待他们的新发现,而埃诺希望继续看到普通公民参与研究,扩大科学发现的范围。

发表:Teruaki Enoto等人,“闪电放电触发的光子核反应”Nature 551,481-484(2017年11月23日)doi:10.1038 / nature24630

来源:京都大学


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