Mokslo ir technologijų pasaulis

Atmosferos fiziko Josepho Dwyer'io ir jo kolegų stebėti procesai audros debesyje negali būti paaiškinti jokiais šiuolaikiniam mokslui žinomais procesais. Kai specialus J. Dwyerio lėktuvas pasuko pavojingu maršrutu – tiesiai į grėsmingą audros debesį – paaiškėjo neįtikėtinas dalykas. Pasirodo, mokslininkas įskriejo ne tik į audros epicentrą, bet ir į… nepaaiškinamą antimedžiagos telkinį. Gluminančią istoriją nušviečia žurnalas „Nature“.

Jau senokai žinoma, kad galingos audros generuoja pozitronus (antimedžiagos pasaulyje tai yra elektrono atitikmuo). Tačiau J. Dwyerio ir jo kolegų stebėti procesai negali būti paaiškinti jokiais šiuolaikiniam mokslui žinomais procesais.

„Tai buvo taip keista, kad mes šito fenomeno tyrimams pašventėme ne vienerius metus,“ – pasakoja Naujojo Hampšyro universiteto (JAV) atmosferos fizikos profesorius.

Gluminantis skrydis įvyko prieš šešerius metus, tačiau tyrėjų kolektyvas savo darbo rezultatus ryžosi pristatyti tik dabar, rašo Nature.

„Jų stebėti procesai yra kažkokia nežinomos dėlionės detalė“, – pareiškė su tyrimo rezultatais susipažinęs NASA Maršalo kosminių skrydžių centro Alabamoje (JAV) fizikas Michaelas Briggsas.

Esminė antimedžiagos savybė yra tokia: kai jos dalelė susiliečia su savo antidalele iš mums įprastos medžiagos pasaulio, abi dalelės transformuojasi į kitas daleles. Šis procesas dar vadinamas anihiliacija. Kaip tik dėl jo antimedžiagos dalelės pasaulyje yra didžiulė retenybė.

Vis dėlto jau seniai žinoma, kad skylant radioaktyvių cheminių elementų atomams, išspinduliuojami pozitronai (antimedžiagos elektronai). Pozitronų mūsų pasaulyje prigeneruoja ir astrofizikos fenomenas – kai kosminės kilmės spinduliai pasiekia Žemės atmosferą. Per pastarąjį dešimtmetį J. Dwyeris ir kiti mokslininkai įrodė ir trečią pozitronų šaltinį – juos, kartu su didelės energijos fotonais (arba gama spinduliais) generuoja didelių audrų debesys.

Kaip tik tokių atmosferinės kilmės gama spindulių J. Dwyeris, tada dar Floridos technologijos instituto mokslininkas, specialiu lėktuvu 2009 m. rugpjūčio 21 d. ir pakilo tyrinėti. Reaktyvinio tipo lėktuve „Gulfstream V“, kokiais skraido pinigais aptekęs verslo elitas, buvo įrengtas dalelių detektorius. Minėtą dieną lėktuvo pilotai šturvalą nukreipė į objektą, kuris radaruose atrodė kaip Džordžijos valstijos krantas.

„Tačiau priskridus paaiškėjo, kad tai – perkūnijos ruožas, – pasakoja J. Dwyeris. – Mums teko skristi tiesiai į audros debesį. Lėktuvą nežmoniškai kratė, vartė, kartais atrodė, kad jis pradėjo kristi. Buvau įsitikinęs, kad žūsim.“

Tačiau tomis siaubo minutėmis dalelių detektorius užfiksavo tris 510 kiloelektronvoltų energijos gama spindulių žybsnius. Tai – ne kas kita, o anihiliavusių pozitronų palikti pėdsakai.

Kiekvienas gama spindulių žybsnis truko apie 0,5 sekundės. J. Dwyeris su kolegomis teigia, kad šiuos gama spindulių žybsnius lydėjo mažesnės energijos gama spindulių švystelėjimai. Tyrėjai priėjo išvadą, kad pastarieji prarado energiją dėl nukeliauto atstumo ir apskaičiavo, kad trumpą laiką egzistavęs pozitronų debesies skersmuo siekė apie 1-2 km. Kaip tik į jį ir buvo įskriejęs mokslininkų lėktuvas.

Bet kai mokslininkai pamėgino nustatyti, iš kur galėjo atsirasti toks antimedžiagos debesis, jie pasijuto atsidūrę akligatvyje.

„Modeliuoti tų pozitronų debesies susiformavimą mėginome net penkerius metus “, – pripažįsta J. Dwyeris.

Per įsielektrinusių debesų iškrovas elektronai beveik pasiekia šviesos greitį, todėl gali generuoti didelės energijos gama spindulių, kurie, pataikę į atomų branduolį, savo ruožtu, gali generuoti elektronų ir pozitronų poras. Tačiau čia ir prasideda įdomumai: mokslininkams taip ir nepavyko aptikti pakankamai reikiamos energijos gama spindulių, kurie būtų „prigaminę“ šitiek pozitronų. Iš kur tada tie pozitronai? Ogi nežinia iš kur.

Vienas galimų paaiškinimų veda prie kosminės spinduliuotės – didelės energijos dalelių, atskriejusių iš kosmoso. Aukštutiniuose atmosferos sluoksniuose jos susiduria su atomais ir sukuria trumpalaikius ypač didelės energijos dalelių šuorus, kuriuos sudaro ir to galingesnio kalibro gama spinduliai.

Išeitų, kad šis kosminės kilmės spindulių paaiškinimas irgi atkrinta.

„Tyrėjų surinkti duomenys nepaneigiamai byloja apie pozitronų paliktus pėdsakus, – įsitikinęs dalelių fizikas Jasperas Kirkby, vadovaujantis eksperimentui, kurio metu tyrinėjama galimas ryšys tarp kosminės spinduliuotės ir debesų darinių CERN laboratorijoje Ženevoje (Šveicarija). Tiesa, šis mokslininkas abejoja tyrėjų nurodytais pozitronų debesies išmatavimais.

„Jei J. Kirkby teisus ir pozitronų telkinys buvo iš tikrųjų mažesnis, tai galėtų reikšti, kad pozitronai anihiliavo tik aplink lėktuvą arba net lėktuve. Sparnai galėjo įsielektrinti ir generuoti ypač intensyvius elektros laukus bei tokiu būdu inicijuoti pozitronų generavimo procesus, samprotauja Lebedevo fizikos instituto Maskvoje (Rusija) atmosferos fizikas Aleksandras Gurevičius.

Norint atsakyti į šiuos klausimus, J. Dwyeriui ir kolegoms audros debesyse reiktų atlikti naujų tokio tipo stebėjimų. Tokiu tikslu jis ir bendradarbiai į audros debesis skraidina balionus, o JAV Nacionalinis mokslo fondas netgi planuoja į galingų audrų epicentrus šarvuotu prieštankiniu lėktuvu A-10 „Warthog“ skraidinti dalelių detektorių.

„Audrų gelmės – lyg nežinomi pasauliai, kuriuos mes dar tik pradedame atrasti ir tyrinėti“, – sakė atradimo autorius J. Dwyeris.