科學家終於創造出了被稱為Shankar斯格米子的神秘粒子, 距離它首次被理論提出已經過去了40多年. 而且, 科學家在這一過程中可能還類比出了罕見的 '球形閃電' 現象——在量子尺度上. 研究者表示, 這一發現不僅將幫助解釋風暴中出現球形電流的神秘自然現象, 而且還可能為核聚變反應堆中獲得更加穩定的電漿體鋪平道路.
這項新研究由美國安默斯特學院和芬蘭阿爾託大學的科學家合作完成. 研究團隊在極端低溫的量子態氣體中合成了一個三維的斯格米子. 這個三維粒子由玻色-愛因斯坦凝聚體 (玻色子原子在冷卻到接近絕對零度時所呈現出的一種氣態, 超流性的物質狀態) 的自旋場構成的扭結組成.
研究人員稱, 這種奇特的拓撲結構可能與球形閃電有著某些共同特徵. '從本質上, 只利用兩條反向迴圈的電流創造出合成電磁扭結, 也就是量子球形閃電, 這很不可思議, ' 研究負責人, 阿爾託大學的Mikko Mttnen說, '因此, 天然的球形閃電有可能形成於普通的閃電之中. '
為了生成斯格米子, 研究人員對每個原子的自旋進行極化, 使其沿著一個自然磁場向上偏轉. 接著, 磁場突然改變, 導致凝聚中途的磁場 '消失' , 然後原子的自旋開始以新的方向旋轉. 但是, 當接近絕對零度, 磁場指向所有方向時, 原子的自旋就能創造出一種扭結結構, 指向固定的方向.
研究人員稱, 儘管這種扭結結構可以鬆弛或移動, 但無法被解開. '量子氣體被冷卻到極低的溫度, 形成了玻色-愛因斯坦凝聚, 即氣體中所有原子最終達到最小能量狀態, ' 安默斯特學院的大衛·霍爾說, '處於這種狀態的氣體不再表現得和普通氣體一樣, 而是更像一個巨大的原子. '
'這之所以是一個斯格米子而非量子扭結, 原因不僅是自旋的扭轉, 還有凝聚量子態的反覆纏繞, ' 霍爾補充道. 研究人員還表示, 原子自旋產生的扭結結構創造出了一個扭結的人工磁場, 而這與球形閃電的特徵相吻合. '我們需要更多的研究, 才能確定能否用這樣的方法創造出球形閃電, ' M?tt?nen說, '未來的研究或許能找到使電漿體有效維持在一起的方法, 並使穩定的核聚變反應堆成為可能. '
什麼是球形閃電?
幾個世紀以來, 一直都有雷暴中出現球形閃電的記錄, 有的只有高爾夫球大小, 有的直徑寬達數米. 球形閃電的持續時間在1秒到幾十秒不等. 許多報告稱, 這種閃電會傷害甚至致人死亡, 或者引起建築物火災.
在英國《每日郵報》於1936年收到的一份信件中, 一位讀者描述他看到一個 '巨大, 紅色的火球出現在天空中' . '它擊中了我們的房屋, 切斷了電話線, 燒毀了窗欞, 然後掉入了放在下方的一大桶水中, ' 信中如是寫道. 浙江大學的研究者提出, 球狀閃電的明亮閃光是由於微波被局限於電漿體空泡中產生的.
'在擊向地面的閃電末端, 會產生相對論性質的電子束, 激起強烈的微波輻射, ' 研究者在發表於《科學報告》期刊上的論文中寫道, '後者會使局部空氣電離, 而輻射壓力將生成的電漿體排空, 形成一個穩定捕捉輻射的球形電漿體空泡. '
被捕獲在空泡內部的微波會在一段時間內繼續產生電漿體, 並維持在球形閃電期間出現的明亮閃光. 隨著空泡內的輻射開始消散, 這個火球會逐漸消失, 而當微波泄漏時, 球形閃電可能會劇烈爆炸.
