فیزیکدانان راز تشکیل رعد و برق را کشف کردند.

به گزارش مجله خبری نگار،دانشمندان موسسه علوم و فناوری اتریش روشی برای "گرفتن" و نگه داشتن ذرات با استفاده از دو پرتو لیزر، باردار کردن آنها و مشاهده چگونگی تغییر حالت الکتریکی آنها ابداع کرده‌اند. این می‌تواند تشکیل رعد و برق در ابر‌های رعد و برق را توضیح دهد. این کار در مجله Physical Review Letters (PRL) منتشر شده است.

ذرات آئروسل - ریزذرات جامد یا مایع موجود در هوا - در همه جا در اطراف ما وجود دارند، از گرده گل گرفته تا کریستال‌های نمک کنار دریا. آندره استلنر، محقق اتریشی، کریستال‌های یخ را در ابر‌ها مطالعه می‌کند. او برای درک چگونگی تجمع بار در چنین کریستال‌هایی، از آئروسل‌های مدل - ذرات سیلیس شفاف - استفاده می‌کند.

استلنر به همراه همکارانش، دستگاهی ساختند که در آن دو جت لیزر یک «تله» نوری تشکیل می‌دهند. ذره‌ای که در تله گرفتار می‌شود، توسط نور در جای خود نگه داشته می‌شود. دو سال پیش، وقتی او برای اولین بار ذره‌ای را گرفت، تنها توانست آن را به مدت سه دقیقه نگه دارد. اکنون، این دستگاه به اشیاء اجازه می‌دهد تا برای هفته‌ها بی‌حرکت بمانند.

در ابتدا، دانشمندان می‌خواستند میزان تأثیر رطوبت بر بار ذرات را اندازه‌گیری کنند، اما کشف کردند که خود پرتو‌های لیزر آنها را باردار می‌کنند. تجزیه و تحلیل نشان داد که این بار در نتیجه یک فرآیند دو فوتونی ایجاد می‌شود - زمانی که دو فوتون به طور همزمان یک الکترون را از یک ذره جدا می‌کنند. این به ذره بار مثبت می‌دهد که به تدریج افزایش می‌یابد.

با تجمع بار، ذره شروع به تخلیه می‌کند - در انفجار‌های ناگهانی و خودبه‌خودی. تصور می‌شود اثرات مشابهی در ابر‌ها نیز رخ می‌دهد.

در ابر‌های رعد و برق، کریستال‌های یخ با دانه‌های یخ بزرگتر برخورد کرده و بار الکتریکی را تبادل می‌کنند. با گذشت زمان، پتانسیل الکتریکی تا حدی افزایش می‌یابد که رعد و برق رخ می‌دهد. یک فرضیه این است که "جرقه‌های" اولیه ممکن است از کریستال‌های یخ با بار الکتریکی بالا سرچشمه بگیرند. با این حال، میدان الکتریکی اندازه‌گیری شده در ابر‌ها برای توضیح این فرآیند بسیار ضعیف محاسبه شده است.

تأسیسات جدید ISTA امکان مطالعه دینامیک بار ذرات مدل «یخ» را در سطح میکرو فراهم می‌کند تا بفهمیم آیا آنها می‌توانند تخلیه‌های الکتریکی موضعی ایجاد کنند یا خیر.

استلنر گفت: «ذرات ما همین الان هم تخلیه‌های خودبه‌خودی از خود نشان می‌دهند. تصور کنید اگر روزی رعد و برق‌های کوچکی ایجاد کنند، باورنکردنی خواهد بود.»

اگرچه کریستال‌های یخ واقعی در جو بسیار بزرگتر از نمونه‌های آزمایشگاهی هستند، محققان امیدوارند که مشاهده فرآیند‌های میکروسکوپی به کشف مکانیسم تولید رعد و برق - یکی از اسرار اصلی فیزیک جوی - کمک کند.