Antihmota na obzoru. Kredit: CC0 Creative Commons.

Přichází bouřka. Obloha potemní. V dálce je slyšet dunění. A najednou ostražitým tichem prošlehne divoký blesk. A po chvíli další. Takové jsou bouřky s blesky. Jsou známé po celé planetě a vždy je v nich cítit něco monumentálního a záhadného. Vědci teď potvrzují, že bouřky s sebou skutečně přinášejí zvláštní věci.

Teruaki Enoto. Kredit: RIKEN.

Tým japonských badatelů, který vedl Teruaki Enoto z Univerzity v Kjótu, publikoval v prestižním Nature studii, podle které fotony gama záření vytvořené blesky reagují s částicemi vzduchu. Přitom vznikají radioizotopy a dokonce i pozitrony, čili částice antihmoty, které představují protějšky elektronů.

Enoto podotýká, že se již dříve vědělo o tom, jak za bouří a blesků vzniká gama záření. A vědci uvažovali, že by fotony gama záření mohly reagovat s částicemi v atmosféře. Ale až teď se to Enotovi a spol. podařilo potvrdit.
V zimním období se oblast západního Japonska stává ideálním místem k pozorováním mohutných bouří plných oslnivých blesků. V roce 2015 Enotův tým zahájil stavbu soustav malých detektorů gama záření, které badatelé rozmisťovali na různé lokality západního pobřeží Japonska.

Badatelé se brzy dostali do problémů s financováním. Aby mohli pokračovat ve výzkumu, tak se museli obrátit na širší veřejnost prostřednictvím internetu. Enoto a spol. spustili crowdfundingovou kampaň, ve které vysvětlili použitou vědeckou metodu, a také cíle projektu. Jejich kampaň měla úspěch a vědci získali více finančních prostředků, než kolik činil jejich původní cíl.

Povzbuzeni úspěchem, Enoto a jeho spolupracovníci postavili více detektorů gama záření a instalovali je podél severozápadního pobřeží ostrova Honšú. V únoru 2017 se jim povedlo se čtyřmi detektory ve městě Kašiwazaki detekovat výrazný impuls gama záření, který se objevil po úderu blesku ve vzdálenosti pouhých pár set metrů. V té chvíli bylo vědcům jasné, že jsou na stopě doposud skrytých vlastností blesků.

Reakce po úderu blesku. Kredit: Kyoto University/Teruaki Enoto.

Když badatelé analyzovali data z této události, tak se jim povedlo rozlišit celkem 3 výtrysky gama záření. První z nich trval méně než jednu milisekundu, druhý představoval dosvit gama záření po dobu pár desítek milisekund a třetí emise gama záření po úderu blesku trvala asi 1 minutu.

První výtrysk gama záření pocházel přímo z úderu blesku. Druhý výtrysk, čili dosvit gama záření, měl původ v reakci blesku s dusíkem v atmosféře. Gama záření z úderu blesku má v takovém případě dost síly na to, aby vyrazilo neutron z atomu dusíku. Když pak částice v atmosféře opět absorbují tyto neutrony, tak vzniká dosvit gama záření. Třetí, dlouhá emise gama záření podle Enota vzniká při rozštěpení nestabilních atomů dusíku, které přišly o neutron. Při tomto procesu totiž vznikají pozitrony, které se vzápětí srazí s nebližšími elektrony a zmizí ve víru anihilace, který uvolní paprsky gama záření.

Enoto podotýká, že lidé obvykle považují antihmotu za něco velmi zvláštního, co náleží do hájemství science-fiction. Kdo by podle Enota řekl, že antihmota může za letní bouřky svištět nad našimi hlavami?

Literatura
Kyoto University 22. 11. 2017, Nature 551: 481–484.