Die Beleuchtung war für uns niederen Sterblichen immer eine Quelle der Ehrfurcht und des Geheimnisses. In der Antike wurde es mit Göttern wie Zeus und Thor, den Vätern der griechischen und nordischen Pantheons, in Verbindung gebracht. Mit der Geburt der modernen Wissenschaft und Meteorologie wird die Beleuchtung nicht mehr als die Provinz des Göttlichen betrachtet. Dies bedeutet jedoch nicht, dass das Gefühl des Mysteriums ein bisschen nachgelassen hat.
Zum Beispiel haben Wissenschaftler herausgefunden, dass Blitze in der Atmosphäre anderer Planeten auftreten, wie dem Gasriesen Jupiter (angemessen!) Und der höllischen Welt der Venus. Laut einer aktuellen Studie der Universität Kyoto interagieren durch Licht verursachte Gammastrahlen mit Luftmolekülen und produzieren regelmäßig Radioisotope und sogar Positronen - die Antimaterie-Version von Elektronen.
Die Studie mit dem Titel „Durch Blitzentladung ausgelöste photonukleare Reaktionen“ wurde kürzlich in der Fachzeitschrift veröffentlicht Natur. Die Studie wurde von Teruaki Enoto, einem Forscher des Hakubi-Zentrums für fortgeschrittene Forschung an der Kyoto-Universität, geleitet und umfasste Mitglieder der Universität Tokio, der Hokkaido-Universität, der Nagoya-Universität, des RIKEN Nishina-Zentrums, des MAXI-Teams und der japanischen Atomenergie Agentur.
Seit einiger Zeit wissen Physiker, dass durch Blitzstürme kleine Ausbrüche energiereicher Gammastrahlen erzeugt werden können - sogenannte „terrestrische Gammastrahlenblitze“. Es wird angenommen, dass sie das Ergebnis statischer elektrischer Felder sind, die Elektronen beschleunigen, die dann von der Atmosphäre verlangsamt werden. Dieses Phänomen wurde erstmals von weltraumgestützten Observatorien entdeckt, und es wurden Strahlen von bis zu 100.000 Elektronenvolt (100 MeV) beobachtet.
Angesichts der Energieniveaus versuchte das japanische Forscherteam zu untersuchen, wie diese Gammastrahlen mit Luftmolekülen interagieren. Wie Teruaki Enoto von der Universität Kyoto, der das Projekt leitet, in einer Pressemitteilung der Universität Kyoto erklärte:
„Wir wussten bereits, dass Gewitterwolken und Blitze Gammastrahlen aussenden, und stellten die Hypothese auf, dass sie auf irgendeine Weise mit den Kernen von Umweltelementen in der Atmosphäre reagieren würden. Im Winter ist Japans westliche Küstenregion ideal, um starke Blitze und Gewitter zu beobachten. Deshalb haben wir 2015 mit dem Bau einer Reihe kleiner Gammastrahlendetektoren begonnen und diese an verschiedenen Orten entlang der Küste platziert. “
Leider hatte das Team unterwegs Finanzierungsprobleme. Wie Enoto erklärte, beschlossen sie, die Öffentlichkeit zu erreichen, und starteten eine Crowdfunding-Kampagne, um ihre Arbeit zu finanzieren. "Wir haben eine Crowdfunding-Kampagne über die Website" Akademiker "gestartet", sagte er, "in der wir unsere wissenschaftliche Methode und die Ziele für das Projekt erläutert haben. Dank der Unterstützung aller konnten wir weit mehr als unser ursprüngliches Finanzierungsziel erreichen. “
Dank des Erfolgs ihrer Kampagne baute und installierte das Team Partikeldetektoren an der Nordwestküste von Honshu. Im Februar 2017 installierten sie vier weitere Detektoren in der Stadt Kashiwazaki, die einige hundert Meter von der Nachbarstadt Niigata entfernt liegt. Unmittelbar nach der Installation der Detektoren fand in Niigata ein Blitzschlag statt, den das Team untersuchen konnte.
Was sie fanden, war etwas völlig Neues und Unerwartetes. Nach der Analyse der Daten entdeckte das Team drei verschiedene Gammastrahlenausbrüche unterschiedlicher Dauer. Die erste war weniger als eine Millisekunde lang, die zweite war ein Gammastrahlen-Nachglühen, dessen Zerfall mehrere Millisekunden dauerte, und die letzte war eine verlängerte Emission von etwa einer Minute Dauer. Wie Enoto erklärte:
„Wir konnten erkennen, dass der erste Ausbruch vom Blitzschlag herrührte. Durch unsere Analysen und Berechnungen haben wir schließlich auch die Ursprünge der zweiten und dritten Emission ermittelt. “
Sie stellten fest, dass das zweite Nachleuchten durch den Blitz verursacht wurde, der mit Stickstoff in der Atmosphäre reagierte. Im Wesentlichen können Gammastrahlen dazu führen, dass Stickstoffmoleküle ein Neutron verlieren, und es war die Reabsorption dieser Neutronen durch andere atmosphärische Partikel, die das Nachleuchten der Gammastrahlen erzeugte. Die endgültige, verlängerte Emission war das Ergebnis des Abbaus instabiler Stickstoffatome.
Hier wurde es wirklich interessant. Als der instabile Stickstoff zusammenbrach, setzte er Positronen frei, die dann mit Elektronen kollidierten und Materie-Antimaterie-Vernichtungen verursachten, die mehr Gammastrahlen freisetzten. Wie Enoto erklärte, zeigte dies zum ersten Mal, dass Antimaterie aufgrund gemeinsamer Mechanismen in der Natur vorkommen kann.
"Wir haben die Idee, dass Antimaterie etwas ist, das nur in Science Fiction existiert", sagte er. „Wer hätte gedacht, dass es an einem stürmischen Tag direkt über unseren Köpfen vorbeiziehen könnte? Und das alles wissen wir dank unserer Unterstützer, die sich uns durch „Akademiker“ angeschlossen haben. Wir sind allen wirklich dankbar. “
Wenn diese Ergebnisse tatsächlich korrekt sind, ist Antimaterie nicht die äußerst seltene Substanz, die wir für wahrscheinlich halten. Darüber hinaus könnte die Studie neue Möglichkeiten für die Hochenergiephysik und die Antimaterieforschung eröffnen. All diese Forschungen könnten auch zur Entwicklung neuer oder verfeinerter Techniken für deren Erstellung führen.
Mit Blick auf die Zukunft hoffen Enoto und sein Team, mit den zehn Detektoren, die sie noch an der Küste Japans betreiben, weitere Forschungen durchführen zu können. Sie hoffen auch, die Öffentlichkeit weiterhin in ihre Forschung einzubeziehen, ein Prozess, der weit über Crowdfunding hinausgeht und die Bemühungen von Bürgerwissenschaftlern einschließt, bei der Verarbeitung und Interpretation von Daten zu helfen.
