Tik dabar paaiškėjo tikroji žaibo galia: antimaterija ir radioaktyvių skilimų grandinė

Mokslininkai jau prieš kelis metus nustatė, kad žaibo išlydžiai generuoja netgi antimateriją. O štai visai neseniai Japonijos mokslininkai šį reiškinį patyrinėjo dar atidžiau ir išsiaiškino, kad žaibo išlydžio vietoje susidaro zona, kurioje esama nestabilių deguonies bei azoto izotopų, dėl ko apie minutę buvusio žaibo vietoje vyksta radioaktyvių skilimų grandinė.

Visų šių antrinių reiškinių priežastis – faktas, kad žaibo sukuriamas elektrinis laukas geba įgreitinti elektronus iki neįtikėtinos energijos. Kai šie elektronai juda kreive, jie išskiria spinduliuotę, kuri yra proporcinga jų energijai. Todėl žaibo išlydžius galima sieti ir su ekstremaliai energingais fotonais – gama spinduliais.

Gama spinduliai pasižymi gebėjimu sąveikauti su elektronais bet kokiuose kelyje pasitaikiusiuose atomuose – štai dėl ko jie yra priskiriami jonizuojančios radiacijos veiksnių kategorijai. Tačiau jie gali sąveikauti ir su atomų branduoliais. Turėdami pakankamai energijos iš kai kurių atomų jie gali išstumti neutroną, taip paversdami atomą kitokiu izotopu. Dažniausiai taip nutinka atomams, kurių atmosferoje gausiausia – deguoniui ir azotui. Ir tenka paminėti, kad praeityje dažnesnis neutronų aptikimas jau buvo siejamas su žaibavimu.

Japonijos mokslininkai sugebėjo nustatyti tolesnę žaibo „pakoreguotų“ atomų branduolių būseną. Tą jie padarė atominės elektrinės teritorijoje sumontuodami jutiklių rinkinį ir stebėjo, kaip nuo Japonijos jūros pusės atidundėjo audra su žaibais. Kaip ir tikėtasi, jutikliais užfiksuoti didelės energijos fotonai, siejami su žaibo smūgiu – tai buvo įgreitintų elektronų produktas. Šie fotonai buvo pačių įvairiausių energijų ir po kelių šimtų mikrosekundžių nuslopdavo fone.

Tačiau maždaug po 10 sekundžių nuo žaibo smūgio gama spindulių aptikimas vėl pradėjo augti ir išlikdavo padidėjęs apie minutę. Skirtingai, nei plataus energijos spektro spinduliai po pradinio išlydžio, šie „pavėlavę“ spinduliai buvo susikoncentravę maždaug 500 kiloelektronvoltų srityje. Tokia vertė būtų gaunama į energiją konvertavus elektrono masę.

Nestabilūs branduoliai

Tai kas vyksta? Mokslininkai kelia hipotezę, kad šie spinduliai – tai produktas atomų, nuo kurių buvo atplėšti neutronai. Dažniausias azoto izotopas N14 praradęs neutroną tampa N13, kuris yra nestabilus, trumpo pusperiodžio elementas. Tą patį galima pasakyti ir apie O15, susidarantį, kai nuo įprastinio deguonies atomo atplėšiamas neutronas. Nestabilūs izotopai paprastai skyla per kelias sekundes – tai maždaug atitinka tą „pavėluotą“ gama spindulių srautą, kurį fiksavo mokslininkai.

Nuo branduolių atplėšti neutronai paprastai susijungia su kitais atomų branduoliais. Pavyzdžiui prie N14 prisijungus neutronui iš branduolio pabėga protonas, kuris tampa vandenilio atomu ir lieka C14 – santykinai stabilus, radioaktyvus anglies izotopas.

500 keV fotonai, kuriuos registravo tyrimo autoriai, nebuvo tiesioginis radioaktyvaus skilimo produktas. N13 ir O15 atomai skyla išskirdami neutriną ir pozitroną – elektrono atitikmenį antimedžiagos pasualyje. Šie pozitronai, susidūrę su elektronais, kurių aplinkoje gausu, anihiliuojasi ir iš abiejų dalelių susidaro po gama spindulį, kurių energija yra ekvivalentiška elektrono masei. Būtent tokius anihiliacijos pėdsakus mokslininkai ir fiksavo.

Tyrimo autoriai kelia hipotezę, kad žaibo išlydis atmosferos regione sukuria visą debesį, kuriame gausu nestabilaus azoto ir deguonies – šį debesį, praplaukusį virš mokslininkų jutiklių, jie taip pat mano užfiksavę.

„Regionas arba „debesis“, pilnas tokių izotopų, pozitronus išskiria daugiau nei 10 minučių ir juda pavėjui virš mūsų jutiklių be aiškios difuzijos, kuri nėra stebima dėl radioaktyvių izotopų menko judrumo“, – aiškino mokslininkai.

Tiesa, tai nereiškia, kad reikia bijoti žaibų sukuriamos radiacijos. Bet ilgainiui visos audros kartu sudėjus turi šiek tiek įtakos izotopams, kurių esama Žemės atmosferoje. Panašu, kad ne visa anglis, kuri yra Žemėje, čia atsirado tik planetos formavimosi metu – kažkokią jos dalį pagamino ir žaibai.

Tyrimo rezultatus publikavo žurnalas „Nature“.