Ánh sáng luôn là một nguồn gây kinh ngạc và bí ẩn đối với chúng ta. Vào thời cổ đại, người ta liên kết nó với các vị thần như Zeus và Thor, cha đẻ của các vị thần Hy Lạp và Bắc Âu. Với sự ra đời của khoa học và khí tượng học hiện đại, ánh sáng không còn được coi là tỉnh của thần thánh. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là cảm giác bí ẩn mà nó mang theo đã giảm đi một chút.
Chẳng hạn, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng sét xảy ra trong bầu khí quyển của các hành tinh khác, như sao Mộc khổng lồ (thích hợp!) Và thế giới địa ngục của sao Kim. Và theo một nghiên cứu gần đây từ Đại học Kyoto, các tia gamma gây ra bởi ánh sáng tương tác với các phân tử không khí, thường xuyên tạo ra đồng vị phóng xạ và thậm chí là positron - phiên bản phản vật chất của electron.
Nghiên cứu có tiêu đề Phản ứng Photon Hạt nhân Kích hoạt bởi Lightning Discharge, gần đây đã xuất hiện trên tạp chí khoa học Thiên nhiên. Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Teruaki Enoto, một nhà nghiên cứu từ Trung tâm nghiên cứu nâng cao Hakubi tại Đại học Kyoto, và bao gồm các thành viên từ Đại học Tokyo, Đại học Hokkaido, Đại học Nagoya, Trung tâm RIKEN Nishina, Nhóm MAXI và Năng lượng nguyên tử Nhật Bản Đại lý.
Trong một thời gian, các nhà vật lý đã nhận thức được rằng những chùm tia gamma năng lượng cao có thể được tạo ra bởi những cơn bão sét - thứ được gọi là tia gamma trên mặt đất của Hồi. Chúng được cho là kết quả của các trường điện tĩnh gia tốc các electron, sau đó bị khí quyển làm chậm lại. Hiện tượng này lần đầu tiên được phát hiện bởi các đài quan sát trên không gian và các tia có cường độ lên tới 100.000 volt (100 MeV) đã được quan sát.
Với các mức năng lượng liên quan, nhóm nghiên cứu Nhật Bản đã tìm cách kiểm tra xem các chùm tia gamma này tương tác với các phân tử không khí như thế nào. Như Teruaki Enoto từ Đại học Kyoto, người đứng đầu dự án, đã giải thích trong một thông cáo báo chí của Đại học Kyoto:
Chúng tôi đã biết rằng sấm sét và sét phát ra tia gamma và đưa ra giả thuyết rằng chúng sẽ phản ứng theo cách nào đó với hạt nhân của các yếu tố môi trường trong khí quyển. Vào mùa đông, khu vực ven biển phía tây Nhật Bản là nơi lý tưởng để quan sát sấm sét và giông bão mạnh. Vì vậy, vào năm 2015, chúng tôi đã bắt đầu xây dựng một loạt các máy dò tia gamma nhỏ và đặt chúng ở nhiều vị trí khác nhau dọc theo bờ biển.
Thật không may, nhóm nghiên cứu gặp vấn đề tài trợ trên đường đi. Như Enoto giải thích, họ quyết định tiếp cận với công chúng và thành lập một chiến dịch gây quỹ cộng đồng để tài trợ cho công việc của họ. Ông đã thiết lập một chiến dịch gây quỹ quần chúng thông qua trang web ‘học giả, ông ấy nói, trong đó chúng tôi đã giải thích phương pháp khoa học của chúng tôi và nhắm đến dự án. Nhờ có sự hỗ trợ của mọi người, chúng tôi đã có thể kiếm được nhiều hơn mục tiêu tài trợ ban đầu của mình.
Nhờ thành công của chiến dịch của họ, nhóm đã chế tạo và lắp đặt máy dò hạt trên khắp bờ biển phía tây bắc của Honshu. Vào tháng 2 năm 2017, họ đã lắp đặt thêm bốn máy dò tại thành phố Kashiwazaki, cách thị trấn Niigata lân cận vài trăm mét. Ngay sau khi các máy dò được cài đặt, một vụ sét đánh đã diễn ra ở Niigata và nhóm nghiên cứu đã có thể nghiên cứu nó.
Những gì họ tìm thấy là một cái gì đó hoàn toàn mới và bất ngờ. Sau khi phân tích dữ liệu, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra ba vụ nổ tia gamma khác nhau với thời gian khác nhau. Cái đầu tiên dài chưa đến một phần nghìn giây, cái thứ hai là tia gamma - hào quang mất vài mili giây để phân rã, và cái cuối cùng là sự phát xạ kéo dài khoảng một phút. Như Enoto đã giải thích:
Chúng tôi có thể nói rằng vụ nổ đầu tiên là từ vụ sét đánh. Thông qua phân tích và tính toán của chúng tôi, cuối cùng chúng tôi cũng xác định được nguồn gốc của khí thải thứ hai và thứ ba.
Họ xác định rằng hậu quả thứ hai là do sét phản ứng với nitơ trong khí quyển. Về cơ bản, các tia gamma có khả năng làm cho các phân tử nitơ mất đi một neutron, và đó là sự tái hấp thu của các neutron này bởi các hạt khí quyển khác tạo ra phát quang tia gamma. Phát thải cuối cùng, kéo dài là kết quả của các nguyên tử nitơ không ổn định bị phá vỡ.
Chính ở đây, mọi thứ thực sự trở nên thú vị. Khi nitơ không ổn định bị phá vỡ, nó giải phóng các positron sau đó va chạm với các electron, gây ra sự hủy diệt vật chất phản vật chất giải phóng nhiều tia gamma hơn. Như Enoto đã giải thích, điều này đã chứng minh, lần đầu tiên phản vật chất là thứ có thể xảy ra trong tự nhiên do các cơ chế phổ biến.
Chúng tôi có ý tưởng rằng phản vật chất là thứ chỉ tồn tại trong khoa học viễn tưởng, ông nói. Ai biết rằng nó có thể vượt qua ngay trên đầu chúng ta vào một ngày giông bão? Và chúng tôi biết tất cả những điều này nhờ những người ủng hộ đã tham gia cùng chúng tôi thông qua ‘học giả. Chúng tôi thực sự biết ơn tất cả.
Nếu những kết quả này thực sự chính xác, thì phản vật chất không phải là chất cực kỳ hiếm mà chúng ta có xu hướng nghĩ nó là. Ngoài ra, nghiên cứu có thể đưa ra những cơ hội mới cho nghiên cứu vật lý năng lượng cao và phản vật chất. Tất cả các nghiên cứu này cũng có thể dẫn đến sự phát triển của các kỹ thuật mới hoặc tinh chế để tạo ra nó.
Nhìn về phía trước, Enoto và nhóm của ông hy vọng sẽ tiến hành nhiều nghiên cứu hơn bằng cách sử dụng mười máy dò mà họ vẫn đang hoạt động dọc theo bờ biển Nhật Bản. Họ cũng hy vọng sẽ tiếp tục liên quan đến công chúng với nghiên cứu của họ, một quá trình vượt xa gây quỹ cộng đồng và bao gồm những nỗ lực của các nhà khoa học công dân để giúp xử lý và giải thích dữ liệu.
