L'éclairage a toujours été une source de crainte et de mystère pour nous, humbles mortels. Dans les temps anciens, les gens l'associaient à des dieux comme Zeus et Thor, les pères des panthéons grecs et nordiques. Avec la naissance de la science moderne et de la météorologie, l'éclairage n'est plus considéré comme la province du divin. Cependant, cela ne signifie pas que le sens du mystère qu'il véhicule a diminué d'un bit.
Par exemple, les scientifiques ont découvert que la foudre se produit dans l'atmosphère d'autres planètes, comme la géante gazeuse Jupiter (de manière appropriée!) Et le monde infernal de Vénus. Et selon une étude récente de l'Université de Kyoto, les rayons gamma provoqués par l'éclairage interagissent avec les molécules d'air, produisant régulièrement des radio-isotopes et même des positrons - la version antimatière des électrons.
L'étude, intitulée «Réactions photonucléaires déclenchées par la décharge de foudre», a récemment paru dans la revue scientifique La nature. L'étude a été dirigée par Teruaki Enoto, un chercheur du Hakubi Center for Advanced Research de l'Université de Kyoto, et comprenait des membres de l'Université de Tokyo, de l'Université d'Hokkaido, de l'Université de Nagoya, du RIKEN Nishina Center, de l'équipe MAXI et de la Japan Atomic Energy Agence.
Depuis quelque temps, les physiciens savent que de petits éclats de rayons gamma de haute énergie peuvent être produits par des orages - ce que l'on appelle des «éclairs de rayons gamma terrestres». On pense qu'ils sont le résultat de champs électriques statiques accélérant les électrons, qui sont ensuite ralentis par l'atmosphère. Ce phénomène a été découvert pour la première fois par des observatoires spatiaux et des rayons allant jusqu'à 100 000 électron-volts (100 MeV) ont été observés.
Compte tenu des niveaux d'énergie impliqués, l'équipe de recherche japonaise a cherché à examiner comment ces sursauts de rayons gamma interagissent avec les molécules d'air. Comme Teruaki Enoto de l'Université de Kyoto, qui dirige le projet, l'a expliqué dans un communiqué de presse de l'Université de Kyoto:
«Nous savions déjà que les nuages d'orage et la foudre émettent des rayons gamma, et avons émis l'hypothèse qu'ils réagiraient d'une manière ou d'une autre avec les noyaux des éléments environnementaux dans l'atmosphère. En hiver, la zone côtière ouest du Japon est idéale pour observer de puissants éclairs et orages. Ainsi, en 2015, nous avons commencé à construire une série de petits détecteurs de rayons gamma et les avons placés à divers endroits le long de la côte. »
Malheureusement, l'équipe a rencontré des problèmes de financement en cours de route. Comme Enoto l'a expliqué, ils ont décidé de tendre la main au grand public et ont lancé une campagne de financement participatif pour financer leur travail. "Nous avons mis en place une campagne de financement participatif via le site" académicien "," a-t-il dit, "dans lequel nous avons expliqué notre méthode scientifique et les objectifs du projet. Grâce au soutien de tous, nous avons pu faire bien plus que notre objectif de financement initial. »
Grâce au succès de sa campagne, l'équipe a construit et installé des détecteurs de particules sur la côte nord-ouest de Honshu. En février 2017, ils ont installé quatre autres détecteurs dans la ville de Kashiwazaki, à quelques centaines de mètres de la ville voisine de Niigata. Immédiatement après l'installation des détecteurs, un coup de foudre a eu lieu à Niigata et l'équipe a pu l'étudier.
Ce qu'ils ont trouvé était quelque chose de tout à fait nouveau et inattendu. Après avoir analysé les données, l'équipe a détecté trois sursauts de rayons gamma distincts de durée variable. La première était inférieure à une milliseconde, la seconde était une rémanence de rayons gamma qui prenait plusieurs millisecondes à se désintégrer, et la dernière était une émission prolongée d'une durée d'environ une minute. Comme Enoto l'a expliqué:
«Nous pouvions dire que la première rafale provenait de la foudre. Grâce à notre analyse et à nos calculs, nous avons finalement déterminé l'origine des deuxième et troisième émissions. »
Ils ont déterminé que la deuxième rémanence était causée par la foudre réagissant avec l'azote dans l'atmosphère. Essentiellement, les rayons gamma sont capables de faire perdre des neutrons aux molécules d'azote, et c'est la réabsorption de ces neutrons par d'autres particules atmosphériques qui a produit la rémanence des rayons gamma. L'émission finale et prolongée était le résultat de la décomposition d'atomes d'azote instables.
C'est ici que les choses sont devenues vraiment intéressantes. Lorsque l'azote instable s'est dégradé, il a libéré des positons qui sont ensuite entrés en collision avec des électrons, provoquant des annihilations matière-antimatière qui ont libéré plus de rayons gamma. Comme Enoto l'a expliqué, cela a démontré, pour la première fois, que l'antimatière est quelque chose qui peut se produire dans la nature en raison de mécanismes communs.
"Nous avons cette idée que l'antimatière est quelque chose qui n'existe que dans la science-fiction", a-t-il déclaré. «Qui savait qu'il pourrait passer juste au-dessus de nos têtes un jour de tempête? Et nous savons tout cela grâce à nos sympathisants qui nous ont rejoints par le biais d’un «universitaire». Nous sommes vraiment reconnaissants à tous. »
Si ces résultats sont en effet corrects, alors l'antimatière n'est pas la substance extrêmement rare que nous avons tendance à penser qu'elle est. De plus, l'étude pourrait présenter de nouvelles opportunités pour la physique des hautes énergies et la recherche sur l'antimatière. Toutes ces recherches pourraient également conduire au développement de techniques nouvelles ou raffinées pour sa création.
Pour l'avenir, Enoto et son équipe espèrent mener plus de recherches en utilisant les dix détecteurs qu'ils ont toujours en service le long des côtes du Japon. Ils espèrent également continuer à impliquer le public dans leurs recherches, un processus qui va bien au-delà du financement participatif et inclut les efforts des citoyens scientifiques pour aider à traiter et interpréter les données.
