日本科學家找到證據,強大閃電會在空中觸發核反應

作者 | 發布日期 2017 年 11 月 25 日 10:02 | 分類 尖端科技 , 能源科技 , 自然科學 follow us in feedly

做為地球上最有活力及神秘的自然現象之一,閃電形成過程還是個謎團,過去科學家知道閃電會產生伽瑪射線(光的最高能量形式),並預言這些高能輻射會引起核反應,但這種現象未曾得到明確觀測過。直到最近,日本京都大學團隊找到了強力證據,表明閃電如果夠強大,將能在空中引發光核反應,也就是核分裂。



光核反應(photonuclear reactions)是指高能光子轟擊原子核後所引發的核分裂反應,過去,科學家們假設閃電的伽瑪射線能引起這種反應,最近,科學家終於在日本上空找到了觸發光核反應的伽馬射線。日本西部沿海地區在冬天是觀測雷暴天氣的理想地點,自 2015 年起,日本京都大學團隊在當地架設一系列小型伽馬射線探測器,今年 2 月 6 日,團隊從柏崎市的 4 台探測器中接收到有趣的數據。

當附近發生雷擊後,探測器立即出現大量伽馬射線讀數,研究人員進一步分析發現 3 次不同爆發事件,每一次持續時間都比前一次更長。第一次持續時間不到一毫秒的高強度伽馬射線很明顯來自雷擊,但第二、第三次卻必須是來自光核反應。

第二次伽馬射線餘暉持續了數毫秒消失,研究人員說,這是閃電發出的伽馬射線擊中大氣氮原子的中子,中子被其他粒子重新吸收所產生的伽馬射線餘暉。接著第三次伽馬射線爆發和前一次間隔了 35 秒,持續長達 1 分鐘,經過團隊分析計算,這是由於不穩定的氮原子失去中子後開始衰變(原本具有 14 個中子的氮原子核是穩定的,但踢走中子後,就會變成不穩定的放射性同位素氮-13),衰變過程釋放正電子,在湮滅現象中又與電子碰撞才釋放出第三次伽馬射線。

閃電就是天然的粒子加速器,能夠以接近光速的速度拋射電子,其釋放的伽馬射線能產生成對電子和帶正電荷的反物質「正電子」,當電子和正電子碰撞時又會發出伽馬射線。而分析表明,如果閃電直接產生了一對電子和正電子,那麼應該能立即檢測到「湮滅現象」過程中釋放的伽馬射線,而不是等了 35 秒才出現,說明了第三次的伽馬射線爆發最可能來自閃電引發的核反應。

但是否所有的雷暴天氣都能引發光核反應,研究人員並沒有結論,研究領導人日本京都大學天體物理學家 Teruaki Enoto 表示,這是一個懸而未決的問題,必須有更多統計和定量研究才能知道,但他打趣道:「反物質向來只存在於科幻小說中,誰曾想在暴雨交加的日子裡,它可能就從我們的頭頂上呼嘯而過?」

這項研究發表在《自然》期刊。

(首圖來源:pixabay)