L'illuminazione è sempre stata fonte di soggezione e mistero per noi umili mortali. Nei tempi antichi, le persone lo associavano a divinità come Zeus e Thor, i padri dei panteoni greci e norvegesi. Con la nascita della scienza e della meteorologia moderne, l'illuminazione non è più considerata la provincia del divino. Tuttavia, ciò non significa che il senso del mistero che trasporta sia diminuito un po '.
Ad esempio, gli scienziati hanno scoperto che i fulmini si verificano nelle atmosfere di altri pianeti, come il gigante gassoso Giove (appropriatamente!) E il mondo infernale di Venere. E secondo un recente studio dell'Università di Kyoto, i raggi gamma causati dall'illuminazione interagiscono con le molecole d'aria, producendo regolarmente radioisotopi e persino positroni, la versione antimateria degli elettroni.
Lo studio, intitolato "Photonuclear Reactions Triggered by Lightning Discharge", è recentemente apparso sulla rivista scientifica Natura. Lo studio è stato condotto da Teruaki Enoto, un ricercatore del The Hakubi Center for Advanced Research dell'Università di Kyoto, e comprendeva membri dell'Università di Tokyo, dell'Università di Hokkaido, dell'Università di Nagoya, del RIKEN Nishina Center, del MAXI Team e del Japan Atomic Energy Agenzia.
Per qualche tempo, i fisici sono stati consapevoli che piccoli lampi di raggi gamma ad alta energia possono essere prodotti da temporali - quelli che sono noti come "lampi di raggi gamma terrestri". Si ritiene che siano il risultato di campi elettrici statici che accelerano gli elettroni, che vengono quindi rallentati dall'atmosfera. Questo fenomeno è stato scoperto per la prima volta da osservatori spaziali e sono stati osservati raggi fino a 100.000 elettron volt (100 MeV).
Dati i livelli di energia coinvolti, il team di ricerca giapponese ha cercato di esaminare come queste esplosioni di raggi gamma interagiscono con le molecole d'aria. Come Teruaki Enoto dell'Università di Kyoto, che guida il progetto, ha spiegato in un comunicato stampa dell'Università di Kyoto:
“Sapevamo già che nuvole temporalesche e fulmini emettono raggi gamma e abbiamo ipotizzato che avrebbero reagito in qualche modo con i nuclei degli elementi ambientali nell'atmosfera. In inverno, la zona costiera occidentale del Giappone è l'ideale per l'osservazione di potenti fulmini e temporali. Quindi, nel 2015 abbiamo iniziato a costruire una serie di piccoli rilevatori di raggi gamma e li abbiamo posizionati in varie località lungo la costa. "
Sfortunatamente, il team ha incontrato problemi di finanziamento lungo la strada. Come ha spiegato Enoto, hanno deciso di contattare il grande pubblico e hanno istituito una campagna di crowdfunding per finanziare il loro lavoro. "Abbiamo organizzato una campagna di crowdfunding attraverso il sito" accademico "", ha affermato, "in cui abbiamo spiegato il nostro metodo scientifico e gli obiettivi del progetto. Grazie al supporto di tutti, siamo riusciti a fare molto di più del nostro obiettivo di finanziamento originale ".
Grazie al successo della loro campagna, il team ha costruito e installato rilevatori di particelle lungo la costa nord-occidentale di Honshu. Nel febbraio del 2017, hanno installato altri quattro rilevatori nella città di Kashiwazaki, a poche centinaia di metri dalla vicina città di Niigata. Immediatamente dopo l'installazione dei rivelatori, si è verificato un fulmine a Niigata e il team è stato in grado di studiarlo.
Ciò che hanno scoperto è stato qualcosa di completamente nuovo e inaspettato. Dopo aver analizzato i dati, il team ha rilevato tre distinti lampi di raggi gamma di durata variabile. Il primo era lungo meno di un millisecondo, il secondo era il bagliore del raggio gamma che impiegava diversi millisecondi per decadere e l'ultimo era un'emissione prolungata della durata di circa un minuto. Come ha spiegato Enoto:
"Potremmo dire che il primo scoppio è stato dal fulmine. Attraverso le nostre analisi e calcoli, alla fine abbiamo determinato anche le origini della seconda e terza emissione. "
Determinarono che il secondo bagliore successivo era causato dal fulmine che reagiva con l'azoto nell'atmosfera. In sostanza, i raggi gamma sono in grado di causare la perdita di un neutrone da parte delle molecole di azoto ed è stato il riassorbimento di questi neutroni da parte di altre particelle atmosferiche che ha prodotto il bagliore dei raggi gamma. L'emissione finale e prolungata è stata il risultato della rottura di atomi di azoto instabili.
È stato qui che le cose sono diventate davvero interessanti. Quando l'azoto instabile si è rotto, ha rilasciato positroni che poi si sono scontrati con elettroni, causando annichilazioni materia-antimateria che hanno rilasciato più raggi gamma. Come ha spiegato Enoto, questo ha dimostrato, per la prima volta, che l'antimateria è qualcosa che può verificarsi in natura a causa di meccanismi comuni.
"Abbiamo questa idea che l'antimateria è qualcosa che esiste solo nella fantascienza", ha detto. “Chi sapeva che potrebbe passare proprio sopra le nostre teste in una giornata tempestosa? E sappiamo tutto questo grazie ai nostri sostenitori che si sono uniti a noi attraverso "accademici". Siamo veramente grati a tutti ”.
Se questi risultati sono effettivamente corretti, l'antimateria non è la sostanza estremamente rara che tendiamo a pensare. Inoltre, lo studio potrebbe presentare nuove opportunità per la fisica delle alte energie e la ricerca sull'antimateria. Tutta questa ricerca potrebbe anche portare allo sviluppo di tecniche nuove o raffinate per la sua creazione.
Guardando al futuro, Enoto e il suo team sperano di condurre ulteriori ricerche utilizzando i dieci rilevatori che ancora operano lungo la costa del Giappone. Sperano anche di continuare a coinvolgere il pubblico nelle loro ricerche, un processo che va ben oltre il crowdfunding e include gli sforzi dei cittadini scienziati per aiutare a elaborare e interpretare i dati.
