Verlichting is altijd een bron van ontzag en mysterie geweest voor ons, nederige stervelingen. In de oudheid associeerden mensen het met goden als Zeus en Thor, de vaders van de Griekse en Noorse pantheons. Met de geboorte van de moderne wetenschap en meteorologie wordt verlichting niet langer beschouwd als de provincie van het goddelijke. Dit betekent echter niet dat het gevoel van mysterie dat het met zich meedraagt, een beetje is afgenomen.
Zo hebben wetenschappers ontdekt dat bliksem optreedt in de atmosfeer van andere planeten, zoals de gasreus Jupiter (toepasselijk!) En de helse wereld van Venus. En volgens een recent onderzoek van de universiteit van Kyoto werken gammastralen veroorzaakt door verlichting in wisselwerking met luchtmoleculen, waardoor regelmatig radio-isotopen en zelfs positronen worden geproduceerd - de antimaterie-versie van elektronen.
De studie, getiteld "Fotonucleaire reacties veroorzaakt door blikseminslag", verscheen onlangs in het wetenschappelijke tijdschrift Natuur. De studie werd geleid door Teruaki Enoto, een onderzoeker van het Hakubi Center for Advanced Research aan de Kyoto University, en omvatte leden van de University of Tokyo, Hokkaido University, Nagoya University, het RIKEN Nishina Center, het MAXI Team en de Japan Atomic Energy Agentschap.
Natuurkundigen weten al geruime tijd dat kleine uitbarstingen van hoogenergetische gammastraling kunnen worden veroorzaakt door onweer - wat bekend staat als "aardse gammaflitsen". Ze worden verondersteld het resultaat te zijn van statische elektrische velden die elektronen versnellen, die vervolgens door de atmosfeer worden vertraagd. Dit fenomeen werd voor het eerst ontdekt door in de ruimte gebaseerde observatoria en er zijn stralen tot 100.000 elektronvolt (100 MeV) waargenomen.
Gezien de betrokken energieniveaus, probeerde het Japanse onderzoeksteam te onderzoeken hoe deze uitbarstingen van gammastralen interageren met luchtmoleculen. Zoals Teruaki Enoto van de universiteit van Kyoto, die het project leidt, uitlegde in een persbericht van de universiteit van Kyoto:
'We wisten al dat onweerswolken en bliksem gammastraling uitzenden, en de hypothese was dat ze op de een of andere manier zouden reageren met de kernen van omgevingselementen in de atmosfeer. In de winter is het westelijke kustgebied van Japan ideaal voor het observeren van krachtige bliksem en onweersbuien. Daarom zijn we in 2015 begonnen met het bouwen van een serie kleine gammastraaldetectoren, die we op verschillende locaties langs de kust hebben geplaatst. ”
Helaas kwam het team onderweg financieringsproblemen tegen. Enoto legde uit dat ze besloten om contact op te nemen met het grote publiek en een crowdfundingcampagne op te zetten om hun werk te financieren. "We hebben een crowdfunding-campagne opgezet via de‘ academist ’-site," zei hij, "waarin we onze wetenschappelijke methode en doelstellingen voor het project uiteenzetten. Dankzij de steun van iedereen hebben we veel meer kunnen bereiken dan ons oorspronkelijke financieringsdoel. "
Dankzij het succes van hun campagne heeft het team deeltjesdetectoren gebouwd en geïnstalleerd aan de noordwestkust van Honshu. In februari 2017 installeerden ze nog vier detectoren in de stad Kashiwazaki, op een paar honderd meter afstand van de naburige stad Niigata. Onmiddellijk nadat de detectoren waren geïnstalleerd, vond er een blikseminslag plaats in Niigata en het team kon deze bestuderen.
Wat ze ontdekten was iets geheel nieuws en onverwachts. Na analyse van de gegevens ontdekte het team drie verschillende gammaflitsen van verschillende duur. De eerste was minder dan een milliseconde lang, de tweede was gamma-nagloeiing die enkele milliseconden duurde om te vervallen, en de laatste was een langdurige emissie van ongeveer een minuut. Zoals Enoto uitlegde:
'We konden zien dat de eerste uitbarsting het gevolg was van de blikseminslag. Door onze analyse en berekeningen hebben we uiteindelijk ook de oorsprong van de tweede en derde emissie bepaald. ”
Ze stelden vast dat de tweede nagloeiing werd veroorzaakt door de bliksem die reageerde met stikstof in de atmosfeer. Gammastraling kan in essentie ervoor zorgen dat stikstofmoleculen een neutron verliezen, en het was de heropname van deze neutronen door andere atmosferische deeltjes die de nagloeiing van gammastralen veroorzaakten. De laatste, langdurige emissie was het gevolg van het afbreken van instabiele stikstofatomen.
Hier werd het echt interessant. Toen de onstabiele stikstof kapot ging, gaf het positronen vrij die vervolgens in botsing kwamen met elektronen, waardoor materie-antimaterie vernietigingen veroorzaakten die meer gammastralen vrijmaakten. Zoals Enoto uitlegde, toonde dit voor het eerst aan dat antimaterie iets is dat in de natuur kan voorkomen door gemeenschappelijke mechanismen.
'We hebben het idee dat antimaterie iets is dat alleen bestaat in science fiction', zei hij. 'Wie wist dat het op een stormachtige dag recht boven ons hoofd zou kunnen komen? En we weten dit allemaal dankzij onze supporters die zich bij ons hebben gevoegd via ‘academist’. We zijn iedereen echt dankbaar. ”
Als deze resultaten inderdaad correct zijn, dan is antimaterie niet de uiterst zeldzame stof die we geneigd zijn te denken. Bovendien zou de studie nieuwe kansen kunnen bieden voor onderzoek naar hoogenergetische fysica en antimaterie. Al dit onderzoek kan ook leiden tot de ontwikkeling van nieuwe of verfijnde technieken om het te creëren.
Vooruitblikkend hopen Enoto en zijn team meer onderzoek te doen met behulp van de tien detectoren die ze nog steeds langs de Japanse kust gebruiken. Ze hopen ook het publiek te blijven betrekken bij hun onderzoek, een proces dat veel verder gaat dan crowdfunding en de inspanningen van burgerwetenschappers omvat om gegevens te helpen verwerken en interpreteren.
