Молния в стене глаза урагана направила антиматерию к земле

Ураган «Патрисия», обрушившийся на западное побережье Мексики в 2015 году, стал самым интенсивным тропическим циклоном из когда-либо зарегистрированных в Западном полушарии. Среди экстремальной ярости шторма ученые наблюдали нечто новое: направленный вниз пучок позитронов, антиматериальных двойников электронов, создающий всплеск мощного гамма- и рентгеновского излучения.

Пучок позитронов был зафиксирован прибором на борту самолета-«охотника за ураганами» Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), который пролетел сквозь стену глаза бури на пике ее интенсивности. Для ученых из Калифорнийского университета в Санта-Круз, создавших этот инструмент, такая находка не стала неожиданностью, однако это явление наблюдалось впервые.

По словам профессора физики Дэвида Смита, пучок позитронов был нисходящим компонентом наземной гамма-вспышки, которая отправила короткий импульс излучения в космос над штормом. Наземные гамма-вспышки (TGF) были впервые зафиксированы в 1994 году орбитальными детекторами. Они происходят вместе с молнией, и спутники наблюдали их уже тысячи раз. Обратный пучок позитронов предсказывался теоретическими моделями TGF, но никогда ранее не обнаруживался.

Одним из неожиданных следствий исследования, опубликованного 17 мая в Journal of Geophysical Research: Atmospheres, стало то, что многие TGF можно детектировать с помощью наземных инструментов на больших высотах, регистрируя обратный пучок позитронов. Нет необходимости летать в глаз урагана.

Несмотря на подтверждение существования обратного позитронного пучка, многие вопросы о механизмах, порождающих TGF, остаются без ответа. Мощные электрические поля в грозах могут разгонять электроны почти до скорости света, и эти «релятивистские» электроны испускают гамма-лучи при столкновении с атомами в атмосфере. Источником же позитронов является хорошо известное в физике явление — рождение пар, при котором гамма-квант взаимодействует с атомным ядром, создавая электрон и позитрон.

«То, что мы увидели с самолета, — это гамма-лучи, порожденные нисходящим пучком позитронов», — пояснил Смит.