Физики обнаружили, что при ударе молнии образуется антиматерия

Научная группа во главе с Харуфуми Цутией (Harufumi Tsuchiya) из Центра науки и инженерии японского агентства по атомной энергии обнаружила, что при ударе молнии образуется антиматерия. Такой вывод физики сделали, проанализировав гамма-излучение грозового разряда. Научная статья с результатами исследования опубликована 22 ноября 2017 года в журнале Nature.

При слове "антиматерия" перед глазами встают космические дали и страницы научной фантастики. Что-то экзотическое и очень далёкое. Кстати, антиматерия, столкнувшись с обычным веществом, превращается в излучение (этот процесс называется аннигиляцией). Один грамм такой "взрывчатки" эквивалентен нескольким десяткам мегатонн тротила. Пожалуй, очень хорошо, что антивещество в буквальном смысле не валяется на дороге.

Кто бы мог подумать, что эта грозная и экзотическая субстанция образуется чуть ли не у нас под носом – при ударе молнии? Однако именно такой вывод сделали японские физики.

Исследователей интересовала природа гамма-излучения грозового разряда. Чтобы изучить её подробнее, они в 2015 году начали устанавливать на западном побережье Японии небольшие детекторы гамма-лучей. Этот район страны славится мощными зимними грозами.

Учёные столкнулись с прозаической трудностью: им не хватило денег. Тогда они организовали сбор добровольных пожертвований через Интернет, рассказывая пользователям о перспективах своей научной работы.

Собрав нужную сумму, физики построили сеть детекторов на северо-западном побережье Хонсю. И вот в феврале 2017 года четыре детектора зафиксировали мощный импульс гамма-лучей от молнии, ударившей в нескольких сотнях метров.

Обработав данные, учёные обнаружили, что произошло целых три всплеска излучения. Первый длился меньше миллисекунды, второй – несколько десятков миллисекунд, а третий – около минуты.

Тщательно проанализировав собранную информацию, исследователи сумели определить природу всех трёх всплесков. Источником первого из них был непосредственно грозовой разряд. Эти гамма-кванты были достаточно энергичны, чтобы выбить нейтроны из атомов атмосферного азота.

При этом образовалось некоторые количество изотопов азота ¹³N. А свободные нейтроны были захвачены обычными ядрами азота ¹⁴N, некоторые из которых при этом превратились в знаменитый углерод-14, а другие в ¹⁵N.

Образование ¹⁵N и вызвало второй, миллисекундный всплеск излучения. А вот третий был связан с ¹³N.

Этот изотоп азота нестабилен. Он распадается, испуская позитрон и превращаясь в изотоп углерода ¹³C. А позитрон, частица антиматерии, аннигилирует со своей античастицей – обычным электроном. Японцы делают вывод, что этот процесс и вызвал третий, долгий импульс гамма-излучения с энергией 0,5 мегаэлектронвольта.

Разумеется, антиматерия (в виде позитронов) просуществовала недолго, тут же столкнувшись с обычным веществом, и, как ей и положено, аннигилировала. И всё-таки для учёных стало большой неожиданностью, что она вообще образуется при грозовых разрядах.

Сейчас на побережье Японии продолжают работу более десятка детекторов. Исследователи по-прежнему собирают данные, которые, быть может, принесут новые открытия. И тогда человечество сможет лучше понять, что происходит, когда рассерженный Зевс мечет в землю свои стрелы.

К слову, "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) ранее писали о потоке космической антиматерии вблизи Земли, источником которого, похоже, является загадочная тёмная материя. Также мы рассказывали про рекордное удержание антиматерии. Существуют и  фантастические проекты двигателей для космических путешествий, использующих энергию аннигиляции.