_ Modelul matematic oferă un fulger de înțelegere pentru fulgerul produs Raze X

La începutul anilor 2000, oamenii de știință au observat descărcarea fulgerului care producea raze X cuprinzând fotoni de înaltă energie — același tip folosit pentru imagistica medicală. Cercetătorii au putut recrea acest fenomen în laborator, dar nu au putut explica pe deplin cum și de ce fulgerul a produs raze X. Acum, două decenii mai târziu, o echipă condusă de Penn State a descoperit un nou mecanism fizic care explică razele X care apar în mod natural asociate cu activitatea fulgerelor în atmosfera Pământului.

Ei au publicat lor. rezultate pe 30 martie în Geophysical Research Letters.

Descoperirea echipei ar putea arunca, de asemenea, lumină asupra unui alt fenomen: micul șoc resimțit uneori la atingerea unui clanță de metal. Denumită descărcare prin scânteie, apare atunci când se creează o diferență de tensiune între un corp și un conductor. Într-o serie de experimente de laborator din anii 1960, oamenii de știință au descoperit că descărcările de scântei produc raze X, la fel cum fac fulgerele. Peste 60 de ani mai târziu, oamenii de știință încă desfășoară experimente de laborator pentru a înțelege mai bine mecanismul care stă la baza acestui proces.

Fulgerul constă în parte din electroni relativiști, care emit explozii spectaculoase de raze X de înaltă energie cu zeci de energii mega electron-volt numite fulgere de raze gamma terestre (TGF). Cercetătorii au creat simulări și modele pentru a explica observațiile TGF, dar există o nepotrivire între dimensiunile simulate și cele reale, potrivit autorului principal Victor Pasko, profesor de inginerie electrică din Penn State. Pasko și echipa sa au modelat matematic fenomenul TGF pentru a înțelege mai bine cum poate apărea în spațiul compact observat.

„Simulările sunt toate foarte mari – de obicei au câțiva kilometri – și comunitatea are dificultăți în a reconcilia acest lucru chiar acum. cu observații reale, pentru că atunci când fulgerul se propagă, este foarte compact”, a spus Pasko, explicând că canalul spațial al fulgerului are de obicei câțiva centimetri la scară, iar activitatea de descărcare electrică producând raze X extinzându-se în jurul vârfurilor acestor canale până la 100 de metri în cazuri extreme. . „De ce este acea sursă atât de compactă? A fost un puzzle până acum. Deoarece lucrăm cu volume foarte mici, ar putea avea implicații și pentru experimentele de laborator cu descărcări de scântei care au desfășurat încă din anii 1960.”

Pasko a spus că au dezvoltat explicația pentru modul în care un câmp electric amplifică numărul de electroni, conducând fenomenul. Electronii se împrăștie pe atomii individuali, care constituie aerul, pe măsură ce experimentează accelerație. Pe măsură ce electronii se mișcă, cei mai mulți dintre ei merg înainte pe măsură ce câștigă energie și se înmulțesc, similar cu o avalanșă de zăpadă, permițându-le să producă mai mulți electroni. Pe măsură ce electronii avalanșă, ei produc raze X, care lansează fotonii înapoi și produc noi electroni.

„De acolo, întrebarea la care am vrut să răspundem matematic a fost: „Care este câmpul electric de care aveți nevoie pentru a se aplică doar pentru a reproduce acest lucru, pentru a lansa doar suficiente raze X înapoi pentru a permite amplificarea acestor electroni selectați?’”, a spus Pasko.

Modelarea matematică a stabilit un prag pentru câmpul electric, conform lui Pasko. , care a confirmat mecanismul de feedback care amplifică avalanșele de electroni atunci când razele X emise de electroni călătoresc înapoi și generează noi electroni.

„Rezultatele modelului sunt de acord cu dovezile observaționale și experimentale care indică faptul că TGF-urile provin din relativ regiuni compacte ale spațiului cu o întindere spațială de ordinul 10 până la 100 de metri”, a spus Pasko.

Pe lângă descrierea fenomenelor de înaltă energie legate de fulgere, Pasko a spus că lucrarea poate ajuta în cele din urmă la proiectarea noului X. -surse de raze. Cercetătorii au spus că intenționează să examineze mecanismul folosind diferite materiale și gaze, precum și diferite aplicații ale descoperirilor lor.

(Fluierul)