颶風中形成的反物質射線束

2015年10月颶風帕特里夏碾過墨西哥西海岸時，有史以來最暴虐的太平洋颶風漩渦內的某些東西，讓它在另一種意義上開創了歷史。

在西半球最強烈的熱帶氣旋內部，科學家首次觀察到一束射向地面的反物質—正電子，同時伴隨著爆發了伽馬射線和X射線。

由於每時每刻世界上總有些地區處在閃電風暴之中，所以每天大概會發生一千次陸地伽馬射線閃爍(TGF)的現象，但並不總是就能輕易地捕獲到它們的信號——TGF持續幾毫秒，並飛快地放光高達2000萬電子伏特的能量。

1990s位於空間軌道上的伽馬射線探測器意外地檢測到了TGF，原本探測器是為了檢測射向地球的伽馬射線，而且從理論上來說，像TGF這樣的從地球射向天空的閃光——會伴隨著其他事物：向下運動的正電子束，電子的反物質對應物。

由於勇敢的機組人員和美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)的科學家搭乘NOAA的Hurricane Hunter號飛機直接穿過了颶風帕特里夏的龐大渦旋，現在，我們實際上已經能夠直接觀察到這一激烈的現象。

「這是對該理論的首次證實。它表明，確實存在著高能輻射從上到下穿透大氣層。」研究人員之一，來自UC Santa Cruz的物理學家David Smith說。

「或許可以從空中的觀測結果來推導出結論，如同所有其他報告中的陸地伽馬射線閃光一樣，它是由電子『雪崩』引起的向上波束。我們從下面看到它是因為反物質(正電子)的反向發射。」

據研究人員稱，憑藉他們的發現，現在應該可以更容易地檢測出TGF現象，只要使用地面和高考儀器就行，而無需冒險穿越暴風眼了。

「我們在2.5公里的高度就檢測到了它，我估計我們的探測器在1.5公里的高度就能完成檢測。」Smith說。

研究人員使用被稱為能量探測器的儀器(ADELE)mk II，它能夠探測到由向下運動的正電子所產生的X射線和伽瑪射線。

最近，日本的科學家觀察到了一些類似的現象，在日本沿海激烈的雷暴中產生了反物質，並且NASA的衛星經常記錄到TGF。

儘管有大量的觀測結果，但研究人員表示，要說充分了解TGF的機制還為時尚早。科學家普遍認同的假說是雷暴中的強電場使電子加速到接近光速。隨著這些高能電子向四周散開，雪崩一樣使其他電子加速，迅速產生「相對論性電子」。

ADELE裝置可以在這方面提供進一步的幫助，使得TGFs在發生時能夠被檢測到，儘管研究人員警告說不要接近發生這一現象的中心地帶——伽馬射線的劑量在大約一公里外就可以忽略不計，但太近就不大明智了。

「這是可能存在的風險，但可能性極小。」Smith說，「我不會要求飛行員進入雷暴區域，但如果他們非去不可，我會在飛機上裝個儀器。」

對15年檢測到的颶風數據進行整理分析，直到上月，研究結果被匯總成一篇論文被發表在刊物《地球物理研究：大氣Journal of Geophysical Research: Atmospheres》上。

本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

前情提要：物理學家在雷暴中發現反物質粒子

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