Avastus: pikne põhjustab tuumareaktsioone ja paiskab õhku antiainet

Pikselöögid Müncheni kohal. Foto: Marchel Kusch/AFP/Scanpix

Pikselöögid on niigi üks inimestes enim müstikatunnet tekitav loodusnähtus, kuid jaapani teadlaste avastus lisab nende müstikaoreoolile lisagi. Tuleb välja, et taevase elektri tohutu jõu all murduvad molekule koos hoidvad jõud ning ühe reaktsiooni kõrvalsaadusena tekib koguni universumis haruldast antiainet.

Ajaloolised mõõtmised toimusid 6. veebruaril Jaapanis Kashiwazaki-Kariwa tuumajaama lähistel. Spetsiaalsete seadmetega tuvastati kahe üheaegse välguga kaasnenud gammakiirte purse. Neist esimene kestis ligi ühe millisekundi ning lainete keskmine energiatase oli 10 megaelektronvolti. Sellele järgnes ligi pool sekundit kestnud järelkuma ning viimaks täpselt 511-kiloelektronvoldine minuti kestnud kiirgus – selge märk positronide ehk elektronide antiaine-analoogide hävimisest kokkupõrkes elektronidega.

Seega võib teadusajakirjas Nature avaldatud uuringu põhjal kinnitada, et piksenooled on nagu looduse osakestekiirendid. Jaapanlaste avastus on aga esimene empiiriline kinnitus teoreetilisele ennustusele, mille tegi Sarovi suletud linnas töötav vene teadlane Leonid Babitš juba enam kui kümme aastat tagasi.

Nimelt tuvastasid Maa kiirguskeskkonda uurivad satelliidid 1990. aastatel algselt seletamatu nähtuse. Mõõtmistulemused näitasid, et meie atmosfäärist kiirgas väikeses koguses gammakiiri, mis oleksid tollaste teadmiste kohaselt saanud pärineda aga ainult kosmosest. Tegemist on tuumaprotsessides tekkiva kiirgusega, mille kohta suudeti alguses vaid oletada, et kõrge sagedusega lained võisid pärineda atmosfäärinähtustest.

Babitši selgitus veidrale loodusnähtusele on järgnev. Välgulöögi käigus tekkiv tohutu energia suudab panna mõned elektronid liikuma peaaegu valguskiirusel, mis paneb need tootma gammakiiri. Need kiired hakkavad aga omakorda lõhkuma neile ette jäävate lämmastikuaatomite tuumasid, mille lagunemisel tekivad vabad neutronid. Pärast mõningast keskkonnas ringi põrkamist neelduvad need peagi teistesse lämmastikutuumadesse, tootes omakorda uusi gammakiiri.

Neutronist ilma jäänud lämmastikuaatomi tuum jääb ilma vajaliku tuumaosakeseta aga ebastabiilseks ning laguneb ligi minuti jooksul. Lagunemise üheks saaduseks ongi positron – elektroni antiosake. Nagu antiainele omane, on see aga tavalise mateeria läheduses äärmiselt ebastabiilne ning hävib kokkupõrkel elektronidega juba minuti jooksul pärast teket, tekitades seejuures aga kaks spetsiifilist 511-kiloelektronvoldist footonit.

Äikese ajal tekkivad reaktsioonid. Foto: graafika: Alari Paluots

See oligi kiirgus, mille jaapanlased tabasid.

«Oleme harjunud antiainest mõtlema ennekõike ulmevaldkonnas. Kes oleks võinud arvata, et tormise ilmaga võib see levida ka otse meie peade kohal,» kommenteeris avastust uuringut juhtinud Kyoto ülikooli füüsik Teruaki Enoto.

«See on ammendav tõestus, et äikesetormid võivad käivitada fototuumareaktsioone ja ka positroni-elektroni annihilatsiooni (täielikku hävimist – K. M.),» kommenteeris vaatlusi ka algse teoreetilise käsitluse autor Leonid Babitš.

Kuna sellised kiirgused esinevad väga lühiajaliselt ning on ka oma leviku poolest väga piiratud, ei ole alust arvata, et need oleksid oht inimtervisele.

Uuring ilmus ajakirjas Nature.

Päästev ühisrahastus

Taevaste osakestekiirendite uuring oleks aga peaaegu ära jäänud, kuna siis, kui teadlased tegid juba ettevalmistusi, tekkisid neil raskused rahastamisega. Tavapäraste rahastamiskanalite kokku kuivamise järel otsustati katsetada teaduses mitte kuigi juurdunud ühisrahastusega.

«Panime platvormil Academist käima ühisrahastuskampaania, kus selgitasime oma meetodit ja projekti eesmärke. Tänu laialdasele toetusele saavutasime oma algsest eesmärgist palju enamgi,» ütles professor Enoto.

Antiosakesed

Osakestefüüsikas on antiaine aine, mis on oma pisimate ehitusplokkide poolest tavapärasele mateeriale täpselt vastupidine. Oma antiosake on olemas kõigil teadaolevatel osakestel – tuumadel on antituumad, mis koosnevad prootonite, neutronite ja elektronide asemel antiprootonitest, antineutronitest ja positronidest. Aine ja antiaine kokkupuutel toimub annihilatsioon ehk mõlema aine kadumine, mille käigus vabaneb energia footonite näol.

Praegu kehtivate teadusteadmiste kohaselt koosneb kogu nähtav universum tavamateeriast, mitte aga aine ja antiaine võrdsest segust. Maailma selline ülesehitus on üks füüsika suurtest lahendamata probleemidest.