вторник, 27 марта 2012 г.

Молнии порождают много свободных нейтронов, и никто не знает, почему

Молнии порождают много свободных нейтронов, и никто не знает, почемуФотоядерные реакции неудовлетворительно объясняют огромное количество свободных нейтронов, которое зарегистрировано в ходе наблюдений за разрядами молний, проведённых учёными из Физического института им. П. Н. Лебедева (ФИАН) и ряда других российских НИИ. По всей видимости, существует какой-то иной механизм выделения нейтронов под действием обычной молнии, но мы его пока не представляем.

С 1985 года российские исследователи регистрировали прямое воздействие молний на детекторы нейтронов. Два фактора помешали в своё время серьёзному рассмотрению этого явления. С одной стороны, имевшиеся тогда нейтронные детекторы не позволяли точно определить количество образующихся при разрядах молнии нейтронов, с другой — это наблюдение, как и все радикально новые действия в науке, прошло через кризис доверия со стороны научной общественности. Первое возражение, отметающее значимость явления, звучало так: каналы молний просто служили «водостоками» для мюонов космических лучей — а значит, сами молнии никакого отношения к генерации нейтронов не имели. Второе «нет» основывалось на том, что никакие явления, кроме фотоядерных реакций, не могли вызвать наблюдаемый эффект, а фотоядерные реакции — дело давно известное и никакого особенного интереса не представляющее. Сценарий стар: либо Шлиман ищет Трою, существующую лишь в сказках Гомера, либо Греция времён Трои была кучкой деревень, где все ходили в шкурах, и Илион для науки никакого интереса не представляет.

Недавно проведённые наблюдения исследовательской группы (по итогам которых появилась эта статья) опровергают оба возражения и констатируют удивительный феномен, показывающий нам, что мы чего-то радикально недопонимаем либо в природе молний, либо в природе — страшно сказать — ядерных реакций.

Исследователи провели серию экспериментов, в ходе которых использовали три детектора нейтронов низких энергий: один — на поверхности, другой, частично экранированный, — в здании, а третий, сильно заэкранированный, — под землёй. К последнему в пару поставили ещё один детектор нейтронов высоких энергий. Наконец, велись измерения электрической активности молний, полыхавших снаружи.

В итоге было получено чёткое соответствие моментов разряда молний и регистрации больших групп нейтронов детекторами. При этом все зарегистрированные нейтроны были нейтронами низких энергий, а следовательно, не имели отношения к космическим лучам.

Количественные показатели нейтронных детекторов дали результаты, далеко превзошедшие ожидания учёных. 5 000 нейтронов на кубический метр в секунду, зафиксированные исследователями, никак не могут образовываться в ходе фотоядерных реакций, по крайней мере тех, о которых мы имеем представление. По сути, получается, что один разряд молнии создаёт миллионы нейтронов, что просто не вяжется с фотоядерными реакциями.

Фотоядерные реакции действительно могут воздействовать гамма-излучением на ядра атомов атмосферных газов и «выбивать» из них нейтроны. Вот только для генерации такого количества нейтронов пришлось бы иметь 10 000 000 гамма-квантов на тот же кубометр в секунду. Как отмечают исследователи, молнии могут произвести лишь крохотную часть от этого количества — в тысячу раз меньше, чем нужно для 5 000 нейтронов на м-3с-1. От себя добавим, что это, возможно, и хорошо, иначе каждая гроза создавала бы в меру мощное гамма-излучение.

Что в сухом осадке? Есть всего два варианта: либо в молнии протекают сверхкороткие процессы неизвестного нам характера, которые создают интенсивное гамма-излучение, либо фотоядерные реакции идут совсем не так, как мы думаем. Есть и интрига: дело в том, что фотоядерные реакции с выбиванием нейтронов из атомов веществ с атомным весом ниже железа носят эндотермический характер. Для азота и кислорода — весьма эндотермический; энергии такими процессами должно поглощаться чрезвычайно много, чего на практике не происходит. Все исследования процесса молниеобразования не показывают такого существенного поглощения энергии, которое должно соответствовать столь интенсивной генерации нейтронов. Следовательно, энергия откуда-то должна браться в приличных количествах.

Напомним: ещё Вильсон в 1924 году выдвинул предположение о том, что в канале молнии могут образоваться условия, достаточные для начала термоядерной реакции с участием обычного дейтерия, содержащегося в парах воды. Такая реакция идёт с образованием только He3 и нейтрона — следовательно, обнаружить её иначе как детекторами нейтронов весьма нелегко; тот же гелий-3 может участвовать в дальнейших реакциях, и его следов потом уже не найти. Учитывая, что каждый из 6 500 атомов водорода в воде является атомом дейтерия, это могло бы объяснить характер явления. Впрочем, это стало бы и существенным подкопом под господствующие представления об энергиях, необходимых для начала термоядерной реакции, — ведь энергии молнии значительно меньше тех, которыми располагают экспериментальные установки термоядерного синтеза. Поэтому длительное время подобные идеи встречались весьма сдержанно (такова и наша позиция). Надеемся, что дальнейший поиск теоретических моделей физическим сообществом сможет прояснить этот вопрос, чрезвычайно интересный как с теоретической, так и с практической точки зрения.

Подготовлено по материалам Ars Technica и Physical Review Letters .

Оригинальная статья

Поделитесь этой новостью с Вашими друзьями!

Ранее в рубрике "Космос":

Обнаружены древнейшие экзопланеты
В 375 световых годах от Земли найдены две огромные планеты, которые названы старейшими мирами из известных науке. Им 12,8 млрд лет. Они появились тогда, когда сам Млечный Путь ещё только формировался. Джони Сетиаван из Института астрономии им. Макса Планка (ФРГ) и его коллеги обнаружили свидетельства существования планет в системе звезды HIP 11952. Согласно расчётам, одна из них почти столь же м...
  (читать дальше)

Смоделирована планета в обитаемой зоне вокруг α Центавра B
После открытия планет в системах двойных звёзд особым вниманием астрономов стала пользоваться ближайшая к Земле система двойной звезды α Центавра. Проведённое астрономами из Эдинбургского университета (Шотландия) моделирование показало, что планета в такого рода системе не только вполне может занимать устойчивую орбиту, но и иметь относительно благоприятные условия для потенциальной биосферы. α ...
  (читать дальше)

Шаровое скопление M9 сфотографировано с беспрецедентной детализацией
Эта пестрота — самое детальное изображение шарового скопления M9, расположенного близ центра Галактики. На нашем небе оно слишком слабое, чтобы его можно было увидеть невооружённым глазом, но космический телескоп «Хаббл» разглядел в нём более 250 тыс. отдельных звёзд. M9 могло бы иметь сферическую форму, но гравитационные силы галактического центра немного исказили его очертания. Считается, чт...
  (читать дальше)

Перед смертью «Кассини» нырнёт за кольца Сатурна
На 43-й Конференции по вопросам изучения лун и планет представитель проекта «Кассини» Линда Спилкер из Лаборатории реактивного движения НАСА рассказала о планах на заключительную часть этой эпохальной миссии. До самого последнего момента аппарат будет по-прежнему находиться за пределами колец Сатурна, а в 2016 году нырнёт в узкую щель между атмосферой планеты и внутренним кольцом. «Кассини» ус...
  (читать дальше)

Раскрыт механизм образования сверхмассивных чёрных дыр
Недавно обнаруженные в центре далёких галактик чёрные дыры весят в 10 млрд раз больше нашего Солнца. Существовавшие теории формирования чёрных дыр исключали возможность приобретения ими такого веса за всю историю Вселенной. Новое теоретическое моделирование, проведённое британскими и австралийскими астрономами, показывает, что подобный рост вполне мог иметь место при формировании и последующем сто...
  (читать дальше)

Какого цвета обитаемые планеты?
Взгляните на снимок Земли из космоса: вода — голубая, растительность — зелёная. А может так случиться, что последняя окажется красной, фиолетовой, синей? Вопрос далеко не праздный: в скором времени охотники за экзопланетами смогут получать намного больше информации, чем когда-либо. На что стоит обращать внимание прежде всего при поиске фотосинтетической активности? Казалось бы, ответ очевиден: к...
  (читать дальше)

В искусственном кометном льду найдено 26 аминокислот
Настоящий склад сложной органики – целых 26 аминокислот – обнаружила в искусственном кометном льду, полученном в условиях, приближенных к космическим, группа специалистов, работающих по программе европейской космической миссии «Розетта». То, что кометное вещество может содержать достаточно сложные органические соединения, подтверждено инструментальным анализом микрочастиц, собранных специальным з...
  (читать дальше)

Сначала был большой взрыв
В обсерватории Лас-Кампанас (Чили) началось строительство GMT (Гигантского Магелланова телескопа с эквивалентным диаметром зеркала более 20 метров). Корреспондент «Газеты.Ru» рассказывает об этой обсерватории. «Во всех странах наука одна, а в Америке ее две – частная и публичная. Публичная астрономия существует на деньги налогоплательщиков. Частная существует на свои собственные бюджеты и пожертв...
  (читать дальше)

Осадки на Титане редки, но обильны
Кое-где на Титане дождь идёт раз в тысячу лет. Таков результат анализа данных космического аппарата «Кассини». Автор исследования Ральф Лоренц из Университета Джонса Хопкинса (США) представил свои выводы на 43-й Конференции по вопросам изучения лун и планет. Титан в некотором роде очень похож на Землю. Это единственное тело Солнечной системы (наряду с нашим голубым шариком), на котором есть ре...
  (читать дальше)
НАСА и ЕКА будут осваивать Марс в четыре этапа
Группа учёных из Европы, Канады и США, включая специалистов НАСА и ЕКА, выделила четыре главных требования к будущим проектам, посвящённым доставке образцов марсианского грунта на Землю. Во главу угла поставлены поиск следов прошлой или нынешней жизни. Отправка человека — на последнем месте. Хотя выполнение первоочередной задачи — всё равно что поиск иголки в стоге сена, учёные полагают, что и...
  (читать дальше)

Как природа осуществляет наноразмерный контроль за солнечной энергией
Начало природного процесса захвата солнечной энергии происходит в абсорбирующих свет протеиновых комплексах, называемых фотосинтетическими реакционными центрами (РЦ). Даже после миллиардов лет эволюции Природа и не думает отказываться от находящегося в центре РЦ абсорбирующего свет гексамерного кофактора, нужного для проведения самой первой химической реакции фотосинтеза — индуцированного светом э...
  (читать дальше)

Почему секс и красный цвет взаимосвязаны
Исследователи пришли к выводу, что красные женские гениталии не возбуждают мужчин — следовательно, для сексуальной символики красного цвета нужно искать иное, менее наглядное объяснение. Обычно поведенческие эксперименты такого рода проводят на млекопитающих. Поэтому то, что в исследовании участвовали не самцы обезьян, а обычные мужчины, добавляет результатам ещё и солидную долю пикантности. С...
  (читать дальше)

Как мысли о смерти нам жить помогают
Размышления о смерти делают нас добрее и внимательнее, а вид на кладбище способен помочь с пошатнувшимся здоровьем. Общество обычно табуирует тему смерти. Считается (и тому есть подтверждения в работах психологов), что мысли о смерти негативно влияют на психику, способствуют асоциальному и даже антисоциальному поведению, и что нормальной жизни «размышления о вечном» следует держать в узде. С пси...
  (читать дальше)

Королевство кривых лучей
Обычно свет распространяется по прямой. Конечно, при помощи сред с различными коэффициентами преломления его можно отклонить. Однако новые исследования двух независимых научных групп показывают, что и сам по себе пучок света может изгибаться до 360˚. Часто новое — это хорошо забытое, но не обязательно старое. В конце 1970-х физики Майкл Берри из Бристольского университета (Великобритания) и Нанд...
  (читать дальше)

Объявлены победители конкурса подводной фотографии
Подведены итоги ежегодного конкурса подводной фотографии, который проходит под эгидой Школы морских и атмосферных наук Университета Майами (США). До участия допускаются только любители, которые зарабатывают на фотографии не более 20% своего дохода. Второе место в категории «Макросъёмка»: «фарфоровый» краб из семейства Porcellanidae, зацепившийся за полип морское перо в национальном парк...
  (читать дальше)

Заболевания дёсен, оказывается, не имеют отношения ни к инфарктам, ни к инсультам
Вот уже два десятка лет учёные твердят о связи между заболеваниями дёсен, инфарктами и инсультами. И вдруг новый анализ данных показывает, что эти заявления ошибочны. Американская кардиологическая ассоциация опубликовала в AHA journal Circulation «научный рапорт», заключающий, что периодонтит не повышает риска возникновения сердечно-сосудистых хворей и не является их причиной. Более того, нет ни м...
  (читать дальше)

Аспирин, возможно, помогает против ожирения
Салициловая кислота, образующаяся в результате расщепления аспирина, активирует расщепление жиров в клетке. Кажется, человечество вот уже более полутораста лет живёт с лекарством от всех болезней, не догадываясь о его чудодейственном всемогуществе. Не так давно проходило сообщение о том, что аспирин можно пить для профилактики рака; полным ходом исследуется его благотворное влияние при сердечно-...
  (читать дальше)

Как звучит симметрия субатомного мира?
Хотите услышать песнь позитрона? Итальянский инженер Доменико Вичинанца, кажется, готов воплотить вашу мечту. Этот человек уже экспериментировал с вулканической активностью и даже играл древнегреческую музыку с «Оркестром забытых звуков». Теперь его влечёт субатомный мир туманных и пузырьковых камер — предшественников современных детекторов частиц. Туманную камеру изобрёл в 1895 году шотландск...
  (читать дальше)

Нам бы расписания взять и отменить
Исследователи из Технологического института Джорджии (США) обнаружили, что отмена управления наземным общественным транспортом при помощи расписания и использование децентрализованной самоуправляющейся схемы позволяет сделать движение более эффективным. В работе, опубликованной в журнале Transportation Research, описан алгоритм, позволяющий минимизировать интервалы между появлениями автобусов на о...
  (читать дальше)