Záhada antihmoty v bouřkových oblacích

Blížící se bouřka

Americký fyzik John Dwyer z New Hamsphirské univerzity v Durhamu vypozoroval během bouřek v oblacích známky tvorby pozitronů (antičástic k elektronům), a to v takové míře, kterou nelze vysvětlit žádným známým mechanismem, který spojujeme se vznikem či průběhem bouřek.

John Dwyer se před šesti lety blížil k bouřkovým mrakům pomocí pozorovacího letadla Gulfstream V, na jehož palubě měl rozmístěnu pozorovací aparaturu. Jeho přístroje registrovaly pro bouřku typické záblesky vysokoenergetického záření gama, které vznikalo nepochybně jako produkt srážek pozitronů a elektronů, tedy vzájemnou anihilací těchto antičástic a částic. V jednu chvíli dokonce letadlo nedopatřením zamířilo přímo dovnitř bouřkového mraku, což se projevilo asi 10krát častější registrací záblesků gama záření ze všech stran.

O pozitronech je známo, že vznikají při rozpadech jader atomů nebo při astrofyzikálních procesech ve vesmíru a můžeme tedy jejich známky najít i ve sprškách kosmického záření, když jsou částice kosmického záření brzděny v zemské atmosféře. V posledních letech byly pozitrony, tedy přesněji jejich signatury obsažené v záblescích gama záření, pozorovány i během bouřek a blesků.

Cesta do nitra bouřky

21. srpna roku 2009 zamířil pilot Dwyerova Gulfstreamu omylem přímo do nitra bouřky, což se projevilo silným vzrůstem registrovaného gama záření. Během několika minut, kdy letadlo zápasilo s destabilitou, naměřil detektor 3 výrazné vrcholy toku gama záření s energií fotonů ve výši 511 kiloelektronvoltů, což je nepochybná známka srážek pozitronů a elektronů. Každý vrchol trval asi jednu pětinu sekundy, přičemž byl doprovázen gama zářením o výrazně menší energii, což lze přičíst ztrátám energie fotonů, které musely urazit v oblacích určitou dráhu. Z naměřených dat pak odborníci odvodili, že letadlo v jednu chvíli obklopil krátkodobý mrak pozitronů o rozměrech 1-2 kilometry. Avšak co přesně mohlo během bouřky vytvořit takový útvar s velkým množstvím pozitronů, zatím ani po šesti letech vědci nerozluštili.

Vědci vypozorovali během bouřek v oblacích rozsáhlou tvorbu pozitronů

Hypotéz je mnoho

Obvyklým vysvětlením podobných jevů bývá prvotní urychlení elektronů na rychlost blízkou rychlosti světla, která nastává při bouřkových výbojích elektrického náboje. Elektrony při brzdění vydávají intenzivní gama záření, které pak při nárazu na jádra atomů vytvoří páry elektron-pozitron. Ty pak zpětně anihilují na sekundární gama záření. Nicméně v dané situaci nebylo v bouřkovém mraku naměřeno dostatečně intenzivní “primární” čili předcházející záření gama.

Další hypotézou je původ pozitronů v kosmickém záření, avšak ani ta se neukázala jako přiměřená dané situaci. Na vzniku pozitronů by také mohla mít podíl přítomnost samotného letadla v nabitých mracích, pak by nabitý oblak pozitronů byl mnohem menší. Další spekulace se týkají tzv. neviditelného či temného blesku, což je bleskový výboj, který se neprojevuje ve viditelné oblasti spektra a produkuje velké množství pozitronů. Aby však bylo možno o tomto jevu odhalit více, bude třeba dalších pozorování přímo z nitra bouřkových mraků.

Zdroje: Scientific American, Nature, Phys.Org 1, Phys.Org 2, Phys.Org 3