Ураганът Патриция, който засегна западното крайбрежие на Мексико през 2015 г., бе най-интензивният тропически циклон, записан някога в Западното полукълбо.

На фона на екстремната опустошителна сила на бурята, учените видяха нещо ново: низходящ лъч от позитрони, аналог на електроните от антиматерия, създавайки взрив от мощни гама и рентгенови лъчи, съобщава ScienceDaily.

Феноменът е открит от инструмент на борда на самолета "Ловец на урагани" (Hurricane Hunter) на Националната океанска и атмосферна администрация (NOAA), който прелетя през окото на бурята по време на най-високата ѝ интензивност. Позитронният лъч не е изненада за учените от Калифорнийски университет, Санта Круз, които конструират инструмента.

Но за първи път някой наблюдава този феномен на живо.

Според Дейвид Смит (David Smith), професор по физика в Университета Санта Круз, позитронният лъч е низходящ компонент на възходяща наземна гама светкавица, която изпраща кратко излъчване в пространството над бурята. Наземни гама светкавици (Terrestrial gamma-ray flashes - TGFs) за пръв път се наблюдават през 1994 г. с помощта на космически базирани детектори за гама лъчи. Те се срещат заедно с мълниите и сега са били наблюдавани хиляди пъти от орбитални спътници. Обратният позитронен лъч е предсказан от теоретичните модели на TGFs, но никога не е регистриран.

"Това е първото потвърждение на тази теоретична прогноза и показва, че TGFs пробиват атмосферата от горе надолу с високоенергийна радиация", обяснява Смит. "Това събитие може да бъде открито от космоса, както почти всички останали съобщени TGFs, като възходящия лъч, причинен от лавина електрони. Видяхме го отдолу, защото имаше лъч от антиматерия (позитрони), изпратени в обратната посока".

Един неочакван извод от изследването, публикувано на 17 май в Journal of Geophysical Research: Atmospheres, е, че много TGF биха могли да бъдат открити чрез обратния позитронен лъч, използвайки наземни инструменти на голями височин, без да е необходимо да се лети в окото на урагана.

"Открихме го на височина 2,5 километра и предположихме, че нашите детектори можеха да го видят до 1,5 километра. Това е надморската височина на Денвър, така че има много места, където бихме могли теоретично да ги видим, ако имаме инструмент на точното място в точното време по време на гръмотевична буря", отбеляза Смит.

Въпреки потвърждението на обратния позитронен лъч, много въпроси остават неразрешени относно механизмите, които управляват TGFs. Силните електрически полета при гръмотевични бури могат да ускорят електроните до скоростта на светлината и тези "релативистични" електрони излъчват гама лъчи, догато разпръскват атоми в атмосферата. Електроните могат също да избият други електрони от атомите и да ги ускоряват до високи енергии, създавайки лавина от релативистични електрони. Един TGF, който е изключително ярка светкавица от гама лъчи, изисква голям брой лавини от релативистични електрони.

"Това е извънредно събитие и все още не разбираме как е ставало толкова ярко - коментира Смит.

Източникът на позитроните обаче е добре познат феномен във физиката, наречен създаване на двойка, в който гама лъч взаимодейства с ядрото на атома, за да създаде електрон и позитрон. Тъй като те имат противоположни заряди, се ускоряват в противоположни посоки от електрическото поле на гръмотевичната буря. Позитроните, движещи се надолу, произвеждат рентгенови и гама лъчи в посоката си на движение, като се сблъскат с атомните ядра, точно както движещите се нагоре електрони.

^{Създаване на двойка електрон и позитрон. Wikimedia Commons}

"Това, което видяхме в самолета, са гама лъчите, продуцирани от позитронния лъч - заяви Смит.

Твърде близкият подход до TGF може да бъде опасен, въпреки че рискът спада бързо при отдалечаване от източника. Дозата гама лъчи на разстояние от един километър е незначителна, обяснява Смит.

"Това е хипотетично риск, но шансовете са доста малки, не искам от пилотите да летят в гръмотевични бури, но ако така или иначе отиват, ще сложа инструмент на борда" - коментира Смит.

Екипът на Смит е първият, който открива TGF от самолет, използвайки инструмента ADELE I. 

Още по темата

13/05/2015

Физика

Необясними облаци от анти-електрони в гръмотевична буря (видео)