Субатомные частицы, называемые мюонами, могут обнажать грозу (подобную этой), накапливая огромный электрический потенциал — более миллиарда вольт.

Невидимая морось субатомных частиц показала, что грозы могут накапливать гораздо более высокие электрические напряжения, чем мы думали.

Используя мюоны, более тяжелые родственники электронов, которые постоянно падают на поверхность Земли, ученые исследовали внутренности шторма на юге Индии в декабре 2014 года. Электрический потенциал облака — объем работы, необходимый для перемещения электрона из одной части облака в другое — достигло 1,3 миллиарда вольт, сообщают исследователи в исследовании, принятом в Physical Review Letters . Это в 10 раз больше наибольшего напряжения, найденного ранее при использовании воздушных шаров для проведения подобных измерений.

Высокое напряжение внутри облаков зажигает молнию. Но, несмотря на то, что над нашими головами регулярно бушуют грозы, «мы действительно не очень хорошо разбираемся в том, что происходит внутри них», — говорит физик Джозеф Дуайер из Университета Нью-Гемпшира в Дареме, который не принимал участия в исследовании.

Воздушные шары и самолеты могут контролировать только часть облака одновременно, что затрудняет получение точных измерений всего объекта. Но мюоны проносятся прямо сверху донизу. «Мюоны, проникающие в грозовые облака, являются идеальным датчиком для измерения электрического потенциала», — говорит физик Сунил Гупта из Института фундаментальных исследований Тата в Мумбаи, Индия.

 Гупта и его коллеги изучили поведение мюонов

Гупта и его коллеги изучили поведение мюонов в эксперименте GRAPES-3 в Ути, Индия, где каждую минуту наблюдают около 2,5 миллионов мюонов. Во время грозы эта скорость падает, так как мюоны, которые электрически заряжены, как правило, замедляются электрическими полями грозы. Это означает, что меньше частиц несет достаточно энергии для регистрации в детекторах ученых.

Используя компьютерное моделирование грозы, исследователи определили электрический потенциал, необходимый для объяснения падения мюонов, обнаруженных во время шторма 2014 года. Команда также оценила электрическую мощность бури: она была похожа на мощность большого ядерного реактора, около 2 миллиардов ватт.

Результат «потенциально очень важен», говорит Дуайер. Но «с чем-то новым, вам придется подождать и посмотреть, что произойдет с дополнительными измерениями». И симулированная гроза исследователей была упрощена, говорит он. Он состоял из одной области с положительным зарядом и другой области с отрицательным зарядом, тогда как реальные грозы являются более сложными.

Однако, если это подтвердится, такие высокие напряжения внутри грозы могут объяснить удивительное наблюдение: некоторые штормы посылают всплески высокоэнергетического света, называемые гамма-лучами, вверх ( SN: 5/30/15, стр. 12). Но ученые не до конца понимают процессы, которые могут создать такой энергетический свет. Если грозы действительно достигнут уровня в миллиард вольт, это может объяснить таинственный свет.

По материалам sciencenews.org