Учёные создали миниатюрную шаровую молнию в лаборатории

Шаровая молния — одна из самых странных загадок погоды: светящиеся шары, которые во время грозы плывут над землёй, а потом исчезают, иногда с лёгким хлопком. Свидетельств тысячи, а измерений почти нет, потому что никто не знает, где она появится в следующий раз. Команда из Китая пошла от обратного и создала нечто похожее намеренно, в лаборатории, пишет ScienceAlert.

Что сделали исследователи

Физик Чулян Чжоу (Chuliang Zhou) и коллеги из Китайской академии наук описали эксперимент в журнале Nature Photonics. Они направили ультракороткий лазерный импульс на вольфрамовую иглу с остриём около 100 нанометров — примерно в тысячу раз тоньше человеческого волоса. Импульс запустил вдоль иглы мощную электромагнитную волну. На острие энергия сконцентрировалась в интенсивное терагерцовое электрическое поле, которое вырвало электроны из атомов окружающего аргона и образовало маленький пузырь плазмы.

Получился крошечный шар света. Сначала он был около 80 микрометров, а примерно за 100 наносекунд вырос до нескольких сотен микрометров. Звучит ничтожно, но это намного дольше импульса, который его создал, и шар сохранял структуру, расширяясь, а не просто рассеивался, как обычный горячий газ.

Почему важно слово «солитон»

Солитон — это самостоятельная волна, которая держит форму благодаря равновесию противоположных сил. Одна из давних гипотез утверждает, что шаровая молния — электромагнитный солитон: энергия, запертая в оболочке из плазмы. Исследователи сравнили, как их шар рос и остывал (свет снимали через шесть разных фильтров), с теорией и компьютерным моделированием. Расширение совпало с моделью солитона, тогда как симуляции обычной плазмы предсказывали более быстрое и хаотичное расплывание.

Разгадана ли шаровая молния?

Пока нет. Точка меньше миллиметра в аргоне — далеко не огненный шар в грозу. Масштабировав модели, авторы оценивают, что солитоны, питаемые микроволнами, а не терагерцовыми волнами, теоретически могли бы достигать метров в диаметре и существовать секунды — гораздо ближе к рассказам очевидцев. Но пока это расчёт, а не наблюдение. Авторы также видят возможное применение в накоплении энергии и изучении взаимодействия света и вещества в экстремальных полях.

Таких загадок, где эффект виден, а причина нет, в науке ещё немало; самая большая из них — тёмная материя, и наш материал о тёмной материи объясняет, как ищут то, что нельзя увидеть напрямую. Если вам ближе гроза и ночное небо, чем лабораторная физика, загляните в наш гид по ночной съёмке на смартфон.

Изображение: гравюра XIX века с наблюдением шаровой молнии, иллюстрация.