风暴中的闪电引发核反应

日本研究人员发现了雷暴会引发大气中核反应的证据。

闪电会产生反粒子，从而引发自然核反应。插图：Vasin Lee。

昨天发表在《自然》杂志上的一项研究表明，物理学家榎户照明据 Live Science 报道，日本京都大学的研究证明，闪电可以作为天然粒子加速器，引发大气中的核反应。

埃诺托及其同事的研究成果证实了1925年关于这一现象的推测。当时，研究人员假设高能放射性粒子可以穿过雷暴的雷声。这些粒子会在特定波长处释放能量。埃诺托的团队率先确定了这些波长。

闪电发生时，电子以超高速在云层与地球表面之间或两朵云之间穿梭，但它们并非在真空中运动。在此过程中，它们会反复与大气中的气体分子碰撞。这些碰撞会将气体分子加热到极高的温度，使其转变为等离子体状态，并发出黑体辐射——一种由不透明物体发出的电磁辐射。

人类可以看到部分这种耀眼的光线，就像看到闪电一样。但这种辐射也以波的形式存在，包括X射线和伽马射线，这些波超出了肉眼的观测范围。

埃诺托的研究表明，这些看不见的高能射线，尤其是伽马射线，会击倒……分子中的中子周围空气中的氮气和氧气结合发生核裂变。一个含有14个中子的氮原子核相当稳定，但当它失去一个中子后，就会变成氮-13（N-13），一种稳定性较差的放射性同位素。氧气也会发生同样的情况，生成氧-15（O-15）同位素。

随后，所有的N-13和O-15分子都迅速衰变。每个不稳定的同位素都会释放出一个中微子和一个正电子。两者都是具有奇异性质的基本粒子。中微子飞得非常远，几乎无法探测。但作为电子反粒子的正电子则继续与空气中的电子碰撞。当一对粒子和反粒子碰撞时，它们会瞬间湮灭。

在这项研究中，榎户及其同事使用了安装在日本海沿岸新潟县柏崎刈羽核电站的辐射探测器。今年2月的一场雷暴期间，研究团队探测到了来自近海闪电的强烈辐射，其中包括短暂的伽马射线闪光，随后是能量为0.511兆电子伏特（MeV）的持续时间更长的伽马射线。这种能量水平通常出现在核反应后正电子和电子的能量范围内。

“这种伽马射线是正电子-电子湮灭的确凿证据，表明雷暴可以引发光核反应，”俄罗斯联邦核中心物理学家列昂尼德·巴比奇在评论这项研究成果时说道。

据越南国家经济研究所（VNE）