Грозовые разряды, молнии, являются одним из видов самых высокоэнергетических явлений на Земле, и, на самом деле, они представляют собой нечто большее, чем просто яркая вспышка света и грохот громового раската. Разряды молний, как это уже давно известно, являются источником вспышек гамма-лучей, и недавно группа исследователей из Японии выяснила, что эти гамма-вспышки являются, в свою очередь, инициатором фотоядерных реакций в атмосфере, в результате которых вырабатывается антиматерия, тут же аннигиллирующая при контакте с обычной материей.
Гамма-вспышки от грозовых разрядов были зарегистрированы впервые в 1992 году при помощи гамма-обсерватории НАСА Compton Gamma-ray Observatory. С того времени эти вспышки, получившие название Terrestrial Gamma-ray Flashes (TGF), пристально изучались, и лишь недавно исследователям из университета Киото удалось найти объяснения некоторых особенностей сигналов от этих вспышек.
“Мы уже давно знаем, что грозовые разряды испускают гамма-лучи. На основании этого была выдвинута гипотеза о том, что эти гамма-лучи будут провоцировать ядерные реакции, в которых принимают участие атомы некоторых элементов земной атмосферы” – рассказывает Теруаки Эното (Teruaki Enoto), ведущий исследователь, – “Зона западного побережья Японии в зимний период является идеальным местом для проведения наблюдений за сильными грозами и молниями. В 2015 году мы начали установку на побережье сети миниатюрных гамма-датчиков, а сейчас данные, собранные этими датчиками, позволили нам раскрыть некоторые из тайн грозовых разрядов”.
Во время грозы, бушевавшей 6 февраля этого года, гамма-датчики собрали весьма необычный набор данных. Четыре датчика, установленные рядом с городом Касивадзаки, зарегистрировали сильный гамма-всплеск сразу же после близкого удара молнии. Но когда ученые провели тщательный анализ данных, они обнаружили то, что на самом деле один всплеск состоит из трех следующих друг за другом всплесков разной длительность.
Первый, самый короткий всплеск, длившийся менее миллисекунды, является порождением грозового разряда. Но следующие два всплеска представляют для ученых больший интерес, ведь они являются следствием фотоядерных реакций, происходящих тогда, когда гамма-лучи первого всплеска выбивают нейтроны из атомов атмосферного азота. Выбитые свободные нейтроны поглощаются другими атомами, что приводит к возникновению свечения в гамма-диапазоне, которое длится уже несколько десятков миллисекунд.
Длительность последнего, третьего гамма-всплеска, составляет уже около одной минуты, и причина его появления еще более экзотическая, нежели причина появления второго всплеска. Атомы азота, потерявшие нейтроны, становятся нестабильными и распадаются, выпуская в пространство позитроны, являющиеся побочным продуктом реакции расщепления. Позитроны являются антиподами электронов со стороны антиматерии, и когда они сталкиваются с нормальными электронами, они аннигилируют, взаимно уничтожая друг друга. И такой процесс “суицида” позитронов-электронов также сопровождается вспышками гамма-лучей.
В скором времени японские ученые планируют установить некоторое количество дополнительных гамма-датчиков, которые, вместе с 10 уже имеющимися, позволят им собрать больше данных и изучить описанные выше явления еще более тщательно. “Многие из людей считают, что антиматерия – это нечто, существующее только в фантастике” – рассказывает Теруаки Эното, – “Но мы утверждаем, что процесс появления и самоуничтожения антиматерии является для Земли самым обычным делом. В некоторых регионах такие явления происходят по многу раз чуть ли не каждый день”.