人类苦苦寻找的反物质，竟然藏在闪电里！如碳-13

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如碳-13，碳-14 和氮-15 这类的稀有原子形式，长久以来一直被人们用来鉴别文物的年代，以及研究史前生态系统。这些稀有的同位素，一般源自由外太空宇宙射线引发大气中亚原子反应的过程。但目前，日本京都大学的一个研究小组发现了这类稀有同位素的一个新来源：闪电。

在自然杂志上发表的一项合作研究中，京都大学的研究人员描述了雷电的伽玛射线与空气发生反应的过程，并表明该过程能产生放射性同位素，其中甚至包括相当于电子反物质的正电子。

图 | 日本京都大学的一个研究小组已经揭开了由雷电引发的伽玛射线信号中的奥秘

负责该项目的京都大学科学家，Teruaki Enoto 说：“我们已经知道，雷雨和闪电会发出伽马射线，并假设它们会以某种方式与大气中元素的原子核发生反应。冬季，日本西部沿海地区是观测强雷电和雷暴天气的理想地点，因此从 2015 年开始，我们就开始建造一系列小型伽马射线探测器，并将它们安置在沿海地区。我们曾通过‘学者（academist）’网发起过一项众筹活动，在该活动中我们解释了这项研究所使用的方法以及其科研目标，结果实际筹到的资金远远超出预期，真的很感谢大家的支持。”

由于众筹的成功，该团队建造了更多的探测器，并将它们安装在日本本州岛的西北海岸。之后，就在今年的 2 月，安置在新泻柏崎市的 4 台探测器，在距探测器几百米外的位置发生雷击之后，记录了大量的伽马射线峰值。

在分析数据时，小组立即意识到他们可能发现了一些新的东西。数据中包含三次不同的伽马射线爆发。第一次的时间不到一毫秒; 第二次是衰减时间持续了几十毫秒的伽马射线余辉; 第三次是持续了大约一分钟的长时间放射信号。

Enoto 解释道：“我们可以说第一次信号源自雷击，在分析和计算后，我们确定了第二次和第三次信号的来源。第二次的信号（伽马射线余辉），是由大气中的闪电与氮气反应造成。在闪电中发出的伽马射线有足够的能量将大气中的氮原子的中子剥离，而这些被剥离出来的中子在大气中的重吸收（reabsorption）产生了伽马射线余辉。第三次的长时间信号源自丢失中子后不稳定的氮原子的分解过程，此时的氮原子失去一个中子，形成不稳定的氮-13 原子，并释放出一个中微子和一个正电子。这些释放的正电子随后在湮灭事件中与电子碰撞，释放出伽马射线。”

Enoto 说：“我们过去曾认为反物质并不存在，但谁又能知道它就藏在雷电这种常见的自然现象中呢？研究的成功要归功于通过‘学者’网支持我们的人，真的非常感谢！”

目前，日本沿海地区仍有十多台正在运行的探测器。Enoto 希望大众在此后能够继续参与到科学研究中，增加新发现出现的概率。

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编辑：Peter 校审：黄珊

参考：

http://m.phys.org/news/2017-11-lightning-chance-antimatter.html