闪电在暴风雨期间引发核反应

日本研究人员发现雷暴引发大气核反应的证据。

闪电产生反粒子，引发自然核反应。插图：Vasin Lee。

在昨天发表在《自然》杂志上的一项研究中，物理学家榎户照明据《生活科学》报道，​​日本京都大学的研究人员证明，闪电可以作为天然粒子加速器，引发大气中的核反应。

江户和同事的研究结果证实了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闪电。这些粒子会以特定波长释放能量。江户的团队是第一个识别这些波长的团队。

当闪电击中地球时，电子会以超高速在云层和地球表面之间或两片云层之间发射，但它们不会穿过真空空间。在此过程中，它们会反复与大气中的气体分子碰撞。这些碰撞将气体分子加热到极高的温度，使其变成等离子态，并发出黑体辐射（一种由不透明物体发出的电磁辐射）。

人类可以将部分这种令人眼花缭乱的光线视为闪电。但这种辐射也以波的形式存在，包括X射线和伽马射线，超出了肉眼的观测能力。

Enoto 的研究表明，这些看不见的高能射线，尤其是伽马射线，会击倒来自分子的中子周围空气中的氮气和氧气发生核裂变反应。一个含有14个中子的氮原子核非常稳定，但当它失去一个中子时，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反应，形成氧15（O-15）同位素。

随后，所有N-13和O-15分子都迅速衰变。每个不稳定同位素都释放出一个中微子和一个正电子。两者都是具有奇特性质的基本粒子。中微子飞得很远，几乎无法探测到。但正电子——电子的反粒子——继续与空气中的电子碰撞。当一对粒子和反粒子碰撞时，它们瞬间湮灭。

在这项研究中，Enoto和他的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。在今年2月的一场雷暴中，该团队探测到了来自近海闪电的强烈辐射，包括一次短暂的伽马射线闪光，随后是一次较长的伽马射线爆发，能量为0.511兆电子伏特（MeV）。这是核反应后正电子和电子通常能达到的能量水平。

“这种伽马射线是正电子-电子湮灭的明确证据，这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·巴比奇在评论该研究结果时说道。

据VNE报道