لطالما كانت الإضاءة مصدرًا للرهبة والغموض بالنسبة للبشر المتواضعين. في العصور القديمة ، ربطها الناس بالآلهة مثل زيوس وثور ، آباء البانتيون اليونانيين والنورسيين. مع ولادة العلم الحديث والأرصاد الجوية ، لم تعد الإضاءة تعتبر مقاطعة الإلهية. ومع ذلك ، هذا لا يعني أن الشعور بالغموض الذي يحمله قد تضاءل قليلاً.
على سبيل المثال ، وجد العلماء أن البرق يحدث في أجواء الكواكب الأخرى ، مثل المشتري العملاق للغاز (بشكل مناسب!) وعالم كوكب الزهرة الجهنمي. ووفقًا لدراسة حديثة من جامعة كيوتو ، تتفاعل أشعة غاما الناتجة عن الإضاءة مع جزيئات الهواء ، وتنتج نظائرًا مشعة بانتظام وحتى البوزيترونات - النسخة المضادة للإلكترونات.
ظهرت الدراسة التي حملت عنوان "التفاعلات النووية الضوئية الناتجة عن تفريغ البرق" مؤخراً في المجلة العلمية طبيعة. وقاد الدراسة تيرواكي إنوتو ، الباحث من مركز هاكوبي للأبحاث المتقدمة في جامعة كيوتو ، وشمل أعضاء من جامعة طوكيو ، وجامعة هوكايدو ، وجامعة ناغويا ، ومركز ريكن نيشينا ، وفريق ماكسي ، والطاقة الذرية اليابانية. وكالة.
لبعض الوقت ، كان الفيزيائيون يدركون أن رشقات صغيرة من أشعة غاما عالية الطاقة يمكن أن تنتجها العواصف الرعدية - ما يُعرف باسم "ومضات أشعة غاما الأرضية". ويعتقد أنها ناتجة عن المجالات الكهربائية الثابتة التي تسرع الإلكترونات ، والتي يتباطأ بعدها الغلاف الجوي. تم اكتشاف هذه الظاهرة لأول مرة من قبل المراصد الفضائية ، وقد لوحظت أشعة تصل إلى 100000 إلكترون فولت (100 MeV).
بالنظر إلى مستويات الطاقة المعنية ، سعى فريق البحث الياباني إلى فحص كيفية تفاعل هذه الاندفاعات من أشعة غاما مع جزيئات الهواء. كما أوضح Teruaki Enoto من جامعة كيوتو ، الذي يقود المشروع ، في بيان صحفي لجامعة كيوتو:
"لقد علمنا بالفعل أن السحابات الرعدية والبرق تنبعث منها أشعة جاما ، وافترضنا أنها ستتفاعل بطريقة ما مع نوى العناصر البيئية في الغلاف الجوي. في فصل الشتاء ، تعد المنطقة الساحلية الغربية لليابان مثالية لمراقبة البرق والعواصف الرعدية القوية. لذا ، في عام 2015 بدأنا في بناء سلسلة من كاشفات أشعة غاما الصغيرة ، ووضعناها في مواقع مختلفة على طول الساحل ".
لسوء الحظ ، واجه الفريق مشاكل تمويل على طول الطريق. كما أوضح إنوتو ، قرروا التواصل مع عامة الناس وشكلوا حملة تمويل جماعي لتمويل عملهم. وقال: "لقد أطلقنا حملة تمويل جماعي من خلال موقع" الأكاديميين "، حيث شرحنا منهجنا العلمي وأهدافنا للمشروع. بفضل دعم الجميع ، تمكنا من تحقيق أكثر بكثير من هدفنا التمويلي الأصلي ".
بفضل نجاح حملتهم ، قام الفريق ببناء وتركيب أجهزة الكشف عن الجسيمات عبر الساحل الشمالي الغربي لهونشو. في فبراير من عام 2017 ، قاموا بتركيب أربعة أجهزة كشف أخرى في مدينة كاشيوازاكي ، التي تبعد بضع مئات الأمتار عن بلدة نيغاتا المجاورة. مباشرة بعد تركيب أجهزة الكشف ، وقع البرق في نيغاتا ، وتمكن الفريق من دراسته.
ما وجدوه كان شيئًا جديدًا تمامًا وغير متوقع. بعد تحليل البيانات ، اكتشف الفريق ثلاث رشقات نارية متميزة لأشعة جاما بمدد متفاوتة. كان الأول أقل من مللي ثانية ، والثاني كان أشعة جاما بعد الشفق الذي استغرق عدة ملي ثانية للتحلل ، وكان الأخير انبعاثًا طويلًا يدوم حوالي دقيقة واحدة. كما أوضح إنوتو:
"يمكننا أن نقول أن الانفجار الأول كان من البرق. من خلال تحليلنا وحساباتنا ، حددنا في النهاية أصول الانبعاثات الثانية والثالثة أيضًا. "
قرروا أن الشفق الثاني كان بسبب البرق يتفاعل مع النيتروجين في الغلاف الجوي. بشكل أساسي ، أشعة غاما قادرة على التسبب في فقدان جزيئات النيتروجين لنيوترون ، وكان إعادة امتصاص هذه النيوترونات بواسطة جزيئات الغلاف الجوي الأخرى هي التي أنتجت شفق أشعة غاما. كان الانبعاث النهائي المطول نتيجة لتحلل ذرات النيتروجين غير المستقرة.
هنا أصبحت الأمور مثيرة حقًا. عندما انهار النيتروجين غير المستقر ، أطلق مادة البوزيترونات التي اصطدمت بعد ذلك بالإلكترونات ، مما تسبب في إبادة المادة المضادة للمادة التي أطلقت المزيد من أشعة جاما. كما أوضح Enoto ، أظهر هذا ، لأول مرة أن المادة المضادة يمكن أن تحدث في الطبيعة بسبب الآليات المشتركة.
قال: "لدينا فكرة أن المادة المضادة هي شيء موجود فقط في الخيال العلمي". "من كان يعلم أنه يمكن أن يمر فوق رؤوسنا مباشرة في يوم عاصف؟ ونعرف كل هذا بفضل مؤيدينا الذين انضموا إلينا من خلال "الأكاديمي". نحن ممتنون حقا للجميع ".
إذا كانت هذه النتائج صحيحة بالفعل ، فإن المادة المضادة ليست المادة النادرة للغاية التي نميل إلى الاعتقاد أنها صحيحة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تقدم الدراسة فرصًا جديدة لفيزياء الطاقة العالية وأبحاث المادة المضادة. كل هذا البحث يمكن أن يؤدي أيضًا إلى تطوير تقنيات جديدة أو منقحة لابتكارها.
بالنظر إلى المستقبل ، يأمل Enoto وفريقه في إجراء المزيد من الأبحاث باستخدام أجهزة الكشف العشرة التي لا تزال تعمل على طول ساحل اليابان. كما يأملون في مواصلة إشراك الجمهور في أبحاثهم ، وهي عملية تتجاوز التمويل الجماعي وتتضمن جهود العلماء المواطنين للمساعدة في معالجة البيانات وتفسيرها.
