Belysning har altid været en kilde til ærefrygt og mysterium for os ydmyge dødelige. I gamle tider forbandt folk det med guder som Zeus og Thor, fædrene til de græske og norrøne pantheoner. Med fødslen af moderne videnskab og meteorologi betragtes belysning ikke længere som det guddommelige provins. Dette betyder dog ikke, at følelsen af mystik, den bærer, er blevet en smule mindre.
For eksempel har forskere fundet, at lynet forekommer i atmosfærerne på andre planeter, som gasgiganten Jupiter (passende!) Og Venus 'helvede verden. Og ifølge en nylig undersøgelse fra Kyoto University interagerer gammastråler forårsaget af belysning med luftmolekyler, der producerer regelmæssigt radioisotoper og endda positroner - antimaterieversionen af elektroner.
Undersøgelsen med titlen "Photonuclear Reactions Triggered by Lightning Discharge" dukkede op for nylig i det videnskabelige tidsskrift Natur. Undersøgelsen blev ledet af Teruaki Enoto, en forsker fra Hakubi Center for Advanced Research ved Kyoto University, og omfattede medlemmer fra University of Tokyo, Hokkaido University, Nagoya University, RIKEN Nishina Center, MAXI Team og Japan Atomenergi Bureau.
I nogen tid har fysikere været opmærksomme på, at små udbrud af højenergi-gammastråler kan frembringes af lyn storme - hvad der er kendt som ”jordbaseret gammastråleblitz”. De menes at være resultatet af statiske elektriske felter, der accelererer elektroner, som derefter bremses af atmosfæren. Dette fænomen blev først opdaget af rumbaserede observatorier, og der er observeret stråler på op til 100.000 elektron volt (100 MeV).
I betragtning af de involverede energiniveauer forsøgte det japanske forskerteam at undersøge, hvordan disse udbrud af gammastråler interagerer med luftmolekyler. Som Teruaki Enoto fra Kyoto University, der leder projektet, forklarede i en Kyoto University pressemeddelelse:
”Vi vidste allerede, at tordensky og lyn udsender gammastråler og antagede, at de ville reagere på en eller anden måde med kerne i miljøelementer i atmosfæren. Om vinteren er Japans vestlige kystområde ideelt til at observere kraftige lyn- og tordenvejr. Så i 2015 begyndte vi at bygge en række små gammastråledetektorer og placerede dem forskellige steder langs kysten. ”
Desværre løb teamet med finansieringsproblemer undervejs. Som Enoto forklarede, besluttede de at nå ud til offentligheden og etablerede en crowdfunding-kampagne for at finansiere deres arbejde. ”Vi oprettede en crowdfunding-kampagne gennem webstedet med” akademikere ”,” sagde han, ”hvor vi forklarede vores videnskabelige metode og mål for projektet. Takket være alles støtte kunne vi gøre langt mere end vores oprindelige finansieringsmål. ”
Takket være deres kampagnes succes, bygget og installerede teamet partikeldetektorer over Honshus nordvestkyst. I februar 2017 installerede de fire flere detektorer i Kashiwazaki by, som er et par hundrede meter væk fra nabobyen Niigata. Umiddelbart efter detektorerne var installeret, fandt et lynnedslag sted i Niigata, og teamet var i stand til at studere det.
Hvad de fandt var noget helt nyt og uventet. Efter analyse af dataene opdagede teamet tre forskellige gammastråle-bursts af varierende varighed. Det første var mindre end et millisekund langt, det andet var gammastråle-efterglød, der tog flere millisekunder til forfald, og det sidste var en forlænget emission, der varede i ca. et minut. Som Enoto forklarede:
”Vi kunne fortælle, at det første burst var fra lynnedslaget. Gennem vores analyse og beregninger bestemte vi efterhånden også oprindelsen af den anden og tredje emission. ”
De bestemte, at den anden efterglødning var forårsaget af, at lynet reagerede med nitrogen i atmosfæren. I det væsentlige er gammastråler i stand til at forårsage nitrogenmolekyler til at miste et neutron, og det var reabsorptionen af disse neutroner af andre atmosfæriske partikler, der producerede gamma-ray efterglød. Den sidste langvarige emission var resultatet af, at ustabile nitrogenatomer nedbrød.
Det var her ting virkelig blev interessant. Da det ustabile nitrogen brød sammen, frigav det positroner, der derefter kolliderede med elektroner, hvilket forårsagede udslettelser af antimateriale med materie, der frigav flere gammastråler. Som Enoto forklarede, demonstrerede dette for første gang, at antimaterie er noget, der kan forekomme i naturen på grund af fælles mekanismer.
”Vi har denne idé om, at antimaterie er noget, der kun findes i science fiction,” sagde han. ”Hvem vidste, at det kunne passere lige over vores hoveder på en stormfuld dag? Og vi ved alt dette takket være vores tilhængere, der kom med os gennem 'akademiker'. Vi er virkelig taknemmelige for alle. ”
Hvis disse resultater faktisk er korrekte, er antimaterie ikke det ekstremt sjældne stof, som vi har tendens til at tro, at det er. Desuden kunne undersøgelsen præsentere nye muligheder for højenergifysik og antimateriel forskning. Al denne forskning kunne også føre til udvikling af nye eller raffinerede teknikker til at skabe den.
Når vi ser fremad, håber Enoto og hans team på at udføre mere forskning ved hjælp af de ti detektorer, de stadig har, opererer langs Japans kyst. De håber også at fortsætte med at involvere offentligheden i deres forskning, en proces, der går langt ud over crowdfunding og inkluderer bestræbelser fra borgerforskere til at hjælpe med at behandle og fortolke data.
