Учені створили мініатюрну кульову блискавку в лабораторії

Кульова блискавка — одна з найдивніших загадок погоди: світні кулі, які під час грози пливуть над землею, а потім зникають, іноді з легким хлопком. Свідчень тисячі, а вимірювань майже немає, бо ніхто не знає, де вона з'явиться наступного разу. Команда з Китаю пішла від протилежного й створила щось подібне навмисно, у лабораторії, пише ScienceAlert.

Що зробили дослідники

Фізик Чулян Чжоу (Chuliang Zhou) і колеги з Китайської академії наук описали експеримент у журналі Nature Photonics. Вони спрямували ультракороткий лазерний імпульс на вольфрамову голку з вістрям близько 100 нанометрів — приблизно в тисячу разів тонше за людську волосину. Імпульс запустив уздовж голки потужну електромагнітну хвилю. На вістрі енергія сконцентрувалася в інтенсивне терагерцове електричне поле, яке вирвало електрони з атомів навколишнього аргону й утворило маленьку бульбашку плазми.

Вийшла крихітна куля світла. Спершу вона мала близько 80 мікрометрів, а за приблизно 100 наносекунд виросла до кількох сотень мікрометрів. Звучить мізерно, але це набагато довше за імпульс, що її створив, і куля зберігала структуру, розширюючись, а не просто розсіювалася, як звичайний гарячий газ.

Чому важливе слово «солітон»

Солітон — це самодостатня хвиля, яка тримає форму завдяки рівновазі протилежних сил. Одна з давніх гіпотез стверджує, що кульова блискавка — електромагнітний солітон: енергія, замкнена в оболонці з плазми. Дослідники порівняли, як їхня куля росла й остигала (світло знімали через шість різних фільтрів), з теорією та комп'ютерним моделюванням. Розширення збіглося з моделлю солітона, тоді як симуляції звичайної плазми передбачали швидше й хаотичніше розпливання.

Чи розгадано кульову блискавку?

Ще ні. Цятка менше міліметра в аргоні — далеко не вогняна куля в грозу. Масштабувавши моделі, автори оцінюють, що солітони, які живляться мікрохвилями, а не терагерцовими хвилями, теоретично могли б досягати метрів у діаметрі й існувати секунди — значно ближче до описів очевидців. Але поки це розрахунок, а не спостереження. Автори також бачать можливе застосування в накопиченні енергії та дослідженні взаємодії світла й речовини в екстремальних полях.

Таких загадок, де ефект видно, а причину ні, у науці ще чимало; найбільша з них — темна матерія, і наш матеріал про темну матерію пояснює, як шукають те, чого не можна побачити напряму. Якщо вам ближчі гроза й нічне небо, ніж лабораторна фізика, загляньте в наш гід із нічної фотографії на смартфон.

Зображення: гравюра XIX століття зі спостереженням кульової блискавки, ілюстрація.