Anihilacja materii i antymaterii może być spowodowana przez zwykłą burzę

Zbliża się układ burzowy: niebo ciemnieje, a niski huk grzmotu dochodzi zza horyzontu. W końcu bez ostrzeżenia … Błysk! Niedaleko uderza rozświetlający niebo piorun. Ta scena, choć znana każdemu i regularnie się powtarzająca na całej Ziemi, w w sobie coś tajemniczego. Teraz ta tajemnica pogłębiła się wraz z odkryciem, że anihilacja materii i antymaterii może być spowodowana przez zwykłą, znaną nam wszystkim błyskawicę.

We wspólnej publikacji w Nature, naukowcy japońscy opisują, w jaki sposób promieniowanie gamma z błyskawicy reaguje z powietrzem i wytwarza radioizotopy, a nawet pozytony – antymaterialne ekwiwalenty naszego pospolitego elektronu.

Wiedzieliśmy już, że burze z piorunami emitują promieniowanie gamma. Postawiono hipotezę, że promieniowanie reaguje w pewien sposób z jądrami atomowymi w atmosferze, wyjaśnia Teruaki Enoto z Uniwersytetu w Kioto, który kieruje całym projektem badawczym. Zimą zachodnie wybrzeże Japonii jest idealnym miejscem do obserwowania potężnych piorunów i błyskawic, dlatego w 2015 roku rozpoczęliśmy budowę serii małych detektorów promieniowania gamma i umieściliśmy je w różnych miejscach wzdłuż wybrzeża.

Wtedy zespół napotkał problemy finansowe. Aby kontynuować swoją pracę, trzeba było zmobilizować szerokie grono potencjalnych sponsorów, tak szybko, jak to możliwe. Naukowcy zwrócili się do ludzi zainteresowanych nauką poprzez internet. Uruchomili kampanię crowdfundingową, w której wyjaśniali cele projektu,metodę naukową i dzięki wsparciu społeczności udało im się osiągnąć znacznie więcej pieniędzy, niż zakładali pierwotnie.

Zainspirowany sukcesem, zespół zbudował więcej detektorów i zainstalował je na północno-zachodnim wybrzeżu Honsiu. W lutym 2017 roku, cztery detektory zainstalowane w mieście Kashiwazaki, Niigata odnotowały duży skok promieniowania gamma natychmiast po uderzeniu pioruna kilkaset metrów dalej. W momencie, gdy badacze zorientowali się, że widzą nowe, ukryte oblicze błyskawicy.

Po przeanalizowaniu danych, naukowcy odkryli trzy wyraźne rozbłyski gamma. Pierwszy trwał mniej niż jedną milisekundę; drugi był poświatą gamma, która znikła po kilkudziesięciu milisekundach; i wreszcie nastąpiła długotrwała emisja trwająca około jednej minuty.

Jak wyjaśniają naukowcy, pierwszy rozbłysk nastąpił po uderzeniu pioruna, a dzięki analizie i obliczeniom ostatecznie ustalono pochodzenie drugiej i trzeciej emisji: druga poświata, została spowodowany przez błyskawicę reagującą z azotem w atmosferze. Promienie gamma emitowane w piorunach mają wystarczająco dużo energii, by wytrącić neutron z jądra azotu atmosferycznego, i to była reabsorpcja tego neutronu przez cząsteczki w atmosferze, które wytworzyły poświatę gamma. Końcowa, długotrwała emisja pochodziła z rozpadu niestabilnych, z powodu braku neutronów, jąder atomów azotu. To właśnie te jądra uwolniły pozytony, które następnie zderzały się z elektronami w doprowadzając do anihilacji oby cząstek i uwolnienia w zamian kwantów gamma.

Anihilacja materii i antymaterii była dotąd domeną literatury naukowo-fantastycznej albo laboratoriów wartych miliardy euro, takich jak akcelerator we Cernie. Jednak znowu okazało się, że rzadkie zjawiska nie są ani tak rzadkie ani takie trudne do zauważenia, jak się wydaje. Tym bardziej jeśli, jak anihilacja, zachodzą nad naszymi głowami w jedną z burzliwych letnich nocy.

  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Dodaj komentarz