ความเชื่อมโยงระหว่างพายุฝนฟ้าคะนองกับวิทยาศาสตร์นิวตรอนนั้นไม่ชัดเจนนัก แน่นอนว่าต้องใช้ผู้ได้รับรางวัลโนเบลจึงจะมองเห็นได้ เมื่อถึงเวลาที่เขาสร้างความสัมพันธ์ วิลลาร์ด ลิบบี้เป็นนักวิทยาศาสตร์ที่ได้รับการยกย่องอย่างสูงอยู่แล้ว ต้องขอบคุณผลงานอันลึกซึ้งของเขาเกี่ยวกับการหาคู่ด้วยเรดิโอคาร์บอน วิธีนี้ซึ่งกลายเป็นเครื่องมือมาตรฐานสำหรับนักโบราณคดี และได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี
ในปี 2503
ของลิบบี เกิดจากการสังเกตว่าเมื่อรังสีคอสมิกกระทบกับชั้นบรรยากาศของโลก พวกมันจะสร้างอนุภาคจำนวนมาก รวมทั้งนิวตรอน นิวตรอนเหล่านี้สามารถทำปฏิกิริยากับไนโตรเจนในบรรยากาศเพื่อสร้างคาร์บอน-14 หรือเรดิโอคาร์บอน (n + 14 7 N → 14 6C + p) ซึ่งเข้าสู่ห่วงโซ่อาหาร
เมื่อพืชดูดซับกัมมันตภาพรังสีคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดขึ้น ข้อมูลเชิงลึกคือการตระหนักว่าในสิ่งมีชีวิต คาร์บอน-14 จะถูกรีเฟรชอย่างต่อเนื่องพร้อมกับไอโซโทปของคาร์บอนอื่นๆ อย่างไรก็ตาม เมื่อสัตว์หรือพืชตาย อัตราส่วนของเรดิโอคาร์บอนต่อไอโซโทปเสถียรคาร์บอน-12 และคาร์บอน-13 จะสลายตัว
ด้วยครึ่งชีวิต 5730 ปี ทำให้สามารถประมาณอายุของวัตถุที่สร้างจากสิ่งมีชีวิตเดิมได้ด้วย ความแม่นยำสูง ในปี พ.ศ. 2516 เวลาผ่านไปหลายทศวรรษนับตั้งแต่ลิบบีตีพิมพ์ผลงานที่ได้รับรางวัลโนเบลนี้ และเขากำลังเข้าสู่ฤดูใบไม้ร่วงในอาชีพของเขา เขายังคงคิดถึงนิวตรอนอยู่ และในขณะที่เขากำลังตรวจสอบ
วงแหวนต้นไม้กับเพื่อนร่วมงานทั้งคู่สังเกตเห็นความผันผวนที่น่าสนใจของปริมาณเรดิโอคาร์บอนในแต่ละวงแหวน ความผันผวนเหล่านี้ไม่สามารถอธิบายได้จากการแปรผันของการไหลของรังสีคอสมิก พบความสัมพันธ์ที่น่าประหลาดใจกับกิจกรรมพายุฝนฟ้าคะนองแทน ผลกระทบไม่ได้เล็กน้อย:
พวกเขาประเมินว่าพายุฝนฟ้าคะนองสามารถก่อให้เกิดนิวตรอนได้ถึงร้อยละหนึ่งในชั้นบรรยากาศ ไม่กี่ปีหลังจากการเสียชีวิตในปี 1980 และเพื่อนร่วมงาน นำเสนอการวัดที่น่าเชื่อถือเพื่อสนับสนุนข้อเสนอแนะที่ว่าฟ้าแลบสร้างนิวตรอน ชาห์ประเมินว่ามีการผลิตนิวตรอนระหว่าง 10 ถึง 100 ล้านครั้งต่อจังหวะ
แต่อย่างไร?
การเริ่มต้นที่ผิดพลาดและแหล่งที่มาที่เป็นไปได้ จากการศึกษาในห้องปฏิบัติการ นักวิจัยทราบว่าการปล่อยกระแสไฟฟ้าอย่างเข้มข้นผ่านเส้นใยโพลิเมอร์สามารถผลิตนิวตรอนที่ 2.45 MeV ซึ่งอาจเกิดจากการหลอมเหลวของดิวเทอเรียม ( 2 1 H + 2 1 H → 3 2เขา + น). ดังนั้น ความพยายามครั้งแรก
ในการอธิบายการผลิตนิวตรอนโดยฟ้าผ่าจึงมุ่งเน้นไปที่การหลอมรวม ฟ้าผ่าที่มองเห็นได้ (ดังแสดงในแผงที่สามของภาพ “ตามผู้นำ” ด้านบน) สามารถเข้าถึงอุณหภูมิได้สูงถึง 30,000 K และสันนิษฐานว่าสิ่งนี้จะร่วมกับดิวเทอเรียมตามธรรมชาติในไอน้ำ . ทฤษฎีนี้ครอบงำวรรณกรรมเป็นเวลานาน
แม้ว่าการวัดอิสระจำนวนหนึ่งจะพิสูจน์เป็นอย่างอื่นก็ตาม ปัญหาคือว่าหากเราแยกดิวทีเรียมฟิวชันเป็นแหล่งนิวตรอน เราต้องอธิบายว่าอะไรให้พลังงานเพื่อปลดปล่อยนิวตรอนจากนิวเคลียสของโมเลกุลอากาศทั่วไป สำหรับไนโตรเจน พลังงานจับยึดคือ 10.5 MeV ในขณะที่ออกซิเจนคือ 15.6 MeV
คำแนะนำสำหรับคำอธิบายที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง (และถูกต้อง) มาจากนอกห้องปฏิบัติการ ตั้งแต่ทศวรรษที่ 1960 ดาวเทียมที่ติดตั้งเครื่องตรวจจับรังสีแกมมาได้ตรวจสอบการปฏิบัติตามสนธิสัญญาห้ามทดสอบนิวเคลียร์บนโลกนี้ ต่อมามีการเปิดตัวยานอวกาศที่คล้ายกันซึ่งใช้แสงวาบรังสีแกมมา
เพื่อศึกษาขอบเขตจักรวาล อย่างไรก็ตาม ในปี พ.ศ. 2536 เครื่องตรวจจับที่มีความไวมากกว่าได้บันทึกแสงวาบรังสีแกมมาที่มาจากโลก ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับอาวุธ ที่เรียกว่าแสงวาบรังสีแกมมาภาคพื้นดิน (TGFs) เหล่านี้คือโฟตอนความยาวระดับไมโครวินาทีถึงมิลลิวินาทีที่มีพลังงานสูงถึง 40 MeV
ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา
การวิจัยเกี่ยวกับฟิสิกส์บรรยากาศพลังงานสูงก็ได้รับแรงผลักดัน การสังเกตการณ์บนพื้นดิน บอลลูน และระนาบวัดฟลักซ์ของรังสีแกมมาที่มีพลังงานสูงถึงสิบ MeV ซึ่งมากเกินพอที่จะปลดปล่อยนิวตรอนออกจากไนโตรเจน การสังเกตการณ์ที่ไม่ใช่ดาวเทียมเหล่านี้ยังเผยให้เห็นปรากฏการณ์ใหม่
ซึ่งมืดลงมากและใช้เวลานานขึ้น ซึ่งต่อมารู้จักกันในชื่อการเรืองแสงของรังสีแกมมาและมีการปลดปล่อยนิวตรอนตามมาด้วย แต่ไม่ว่าพวกมันจะยาวและสลัวหรือสั้นและรุนแรง ปรากฏการณ์รังสีแกมมาเหล่านี้ได้ผลักดันปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นออกไป ตามที่โต้แย้งอย่างชัดเจนในปี 2014 วิธีเดียว
ที่จะสร้างนิวตรอนในพายุฝนฟ้าคะนองในจำนวนที่ตรวจจับได้คือปฏิกิริยาโฟโตนิวเคลียร์ของรังสีแกมมากับไนโตรเจน และในระดับที่น้อยกว่าด้วยออกซิเจน เปลี่ยนปัญหาจนถึงตอนนี้ ดีมาก: เราเข้าใจว่านิวตรอนสามารถเกิดขึ้นได้ในพายุฝนฟ้าคะนองโดยรังสีแกมมาที่มีพลังงานสูงกว่าเกณฑ์โฟโตนิวเคลียร์
10.5 MeV ของไนโตรเจน อย่างไรก็ตาม หากคุณมองให้ละเอียดยิ่งขึ้น คุณจะเห็นว่าคำอธิบายนี้เป็นเพียงการเปลี่ยนปัญหาเท่านั้น รังสีแกมมาในชั้นบรรยากาศส่วนใหญ่เป็นผลมาจากการแผ่รังสีเบรมส์สตราห์ปอด ซึ่งเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนและโพสิตรอนที่มีพลังงานสูง (รวมเรียกว่าเลปตอน)
ชนกับโมเลกุลของอากาศ พายุฝนฟ้าคะนองสร้างเลปตอนจำนวนมากที่มีพลังงานมากกว่า 10 MeV ได้อย่างไร สนามไฟฟ้าในพายุมีบทบาทอย่างไร และสนามใดที่ขั้นตอนวิวัฒนาการของพายุมีหน้าที่รับผิดชอบ เพื่อตอบคำถามเหล่านี้ เราต้องดำดิ่งสู่ทฤษฎีปัจจุบันของฟิสิกส์สายฟ้า
ก่อนอื่น เราต้องเข้าใจว่าอิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่อย่างไรในสภาพแวดล้อมที่มีพายุฝนฟ้าคะนอง ในสุญญากาศ อิเล็กตรอนสามารถเร่งได้ง่ายโดยสนามไฟฟ้าภายนอก นี่เป็นวิธีการทำงานของเครื่องเร่งอนุภาคในห้องปฏิบัติการ ตั้งแต่ท่อ ไปจนถึงเครื่องซินโครตรอน เช่น DESY อย่างไรก็ตาม ในอากาศ อิเล็กตรอนจะสูญเสียพลังงานในการชนกับโมเลกุลของอากาศเช่นกัน
Credit : ฝากถอนไม่มีขั้นต่ำ / สล็อตแตกง่าย
