飓风之眼中的闪电射向地球的反物质束

06-07
作者 :
柯茔

2015年10月23日,西半球有史以来最强大的热带气旋飓风帕特里夏袭击了墨西哥太平洋沿岸。

当风暴达到最高强度时,由 (NOAA)运营的飞过了眼墙。 正如它所做的那样,飞机上的仪器检测到科学家已经预测过的一种现象 - 但之前从未观察到过。

现在,在发表的一项新研究中已经报道了这种现象描述了一种向下的反物质束的探测,伴随着一连串强大的伽马射线 - 非常高频的电磁辐射波。

反物质描述的材料是相应的普通物质粒子的反粒子。 例如,在飓风中检测到的反物质束由正电子 - 电子的反粒子组成。 研究人员表示,这种现象在此背景下从未见过,尽管其发现并非出乎意料。

他们在研究中写道:“我们首次观察到飓风眼墙内闪电发出的伽马射线,与向下正电子束的产生一致。”

根据加州大学圣克鲁兹分校物理学教授大卫史密斯的说法,正电子束是地球伽马射线闪光(TGF)的向下组成部分,它向空间发射了短暂的辐射。该研究的作者。

TGFs本身是在1994年首次通过寻找伽马射线的太空仪器观察到的。 它们与闪电一起发生,并且已被卫星检测数千次。 科学家根据理论模型预测,这些明亮的,向上移动的伽马射线闪光应该伴随着向下的正电子束 - 但这种现象直到最新发现才被发现。

史密斯 “这是对该理论预测的首次证实,它表明TGFs通过高能辐射从上到下穿透大气层。” “这个事件可能是从太空中检测到的,就像几乎所有其他报告的TGFs一样,是由电子雪崩引起的向上光束。我们从下面看到它是因为一束反物质(正电子)向相反的方向发射。”

那么,这些TGFs是如何产生的呢?

雷暴中的强电场可以使电子加速到接近光速的速度。 这些电子在大气中碰撞并散射原子,在此过程中发射伽马射线。 有时它们会撞击这些原子中的其他电子,并将它们加速到光速。 当足够数量的这些加速电子形成链式反应时,产生TGFβ。

GettyImages-493963640 从国际空间站看到的飓风帕特里夏和西半球有史以来最强大的热带气旋,于2015年10月23日闯入墨西哥太平洋沿岸。 斯科特凯利/美国宇航局通过盖蒂图片社

然而,科学家仍然不确定TGFs背后物理学的几个方面。 “这是一个非同寻常的事件,我们仍然不明白它是如何变得如此明亮,”史密斯说。

另一方面,更好地理解反物质生成背后的物理过程。 来自TGF的γ射线与原子的核或中心相互作用,产生带负电的电子和带正电的正电子。 因为它们具有相反的电荷,它们被雷暴的电场在相反的方向上加速:正电子向下移动,产生更多的伽马射线和X射线,而电子向上移动。

“我们在飞机上看到的是向下正电子束产生的伽马射线,”史密斯说。