Cortesia NOAA

Una tempesta di fulmini nel cielo del Giappone ha generato dei positroni - la controparte di antimateria degli elettroni - e carbonio-14 radioattivo, confermando così una previsione teorica. A riferirlo è un articolo pubblicato su "Nature" il 22 novembre.A partire dagli anni novanta, i satelliti destinati all'osservazione dei cieli hanno anche rilevato lampi di raggi gamma provenienti dalla Terra che si pensa abbiano origine da fenomeni atmosferici.Per indagare questa teoria, Teruaki Enoto, astrofisico all'Università di Kyoto, e collaboratori, hanno installato una serie di rivelatori di raggi gamma vicino alla centrale nucleare di Kashiwazaki-Kariwa. I temporali invernali in Giappone sono famosi per i loro spettacolari fulmini, dice Enoto, e le nuvole basse li rendono relativamente facili da osservare.Il 6 febbraio, i rivelatori hanno segnalato un evento insolito. Un doppio fulmine scoccato poco lontano dalla costa ha generato un picco iniziale di 1 millisecondo di raggi gamma, con energie relativamente elevate, fino a 10 megaelettronvolt. Questo picco è stato seguito da una postluminescenza gamma di quasi mezzo secondo, alla quale ha fatto seguito un segnale rivelatore, raggi gamma concentrati intorno ai 511 chiloelectronvolt di energia, che è durato circa un minuto.I fisici dicono che questa è la firma inconfondibile dei positroni che si annichilano in un soffio di energia quando colpiscono gli elettroni presenti nella materia circostante.Insieme, le tre ondate di raggi gamma indicano una reazione fotonucleare ipotizzata per la prima volta dieci anni fa da Leonid Babich, fisico del centro nucleare federale russo di Sarov.I fulmini possono accelerare alcuni elettroni a velocità prossime a quella della luce, e gli elettroni possono poi produrre raggi gamma. Babich suggerì che quando uno di questi raggi gamma colpisce il nucleo di un atomo di azoto nell'atmosfera, la collisione possa dislocare un neutrone. Dopo un breve rimbalzo, la maggior parte dei neutroni viene assorbita da un altro nucleo di azoto. Questo aggiunge energia al nucleo ricevente e lo mette in uno stato eccitato. Quando il nucleo ricevente torna allo stato originario, emette un altro raggio gamma, che contribuisce alla luminescenza gamma successiva.Nel frattempo, il nucleo di azoto che ha perso un neutrone è estremamente instabile e decade radioattivamente nel minuto successivo emettendo un positrone, che quasi subito annichila con un elettrone, producendo due fotoni da 511 keV.E questo è il terzo segnale, dice Enoto, secondo il quale è possibile che i suoi rivelatori siano stati in grado di vederlo solo perché la nuvola che ha emesso quei brevi raggi gamma era bassa e si muoveva verso i rivelatori. Questa combinazione di circostanze potrebbe aiutare a spiegare perché la firma fotonucleare è stata vista così raramente. Enoto dice che la sua squadra ha osservato alcuni eventi simili, ma che quello descritto nell'articolo è finora l'unico davvero chiaro.Babich aveva anche previsto che non tutti i neutroni estratti dall'azoto da un raggio gamma vengono assorbiti. Alcuni innescheranno la trasmutazione di un altro nucleo di azoto in carbonio-14, un isotopo radioattivo che ha due neutroni in più rispetto al normale carbonio. Questo isotopo può essere assorbito dagli organismi per poi decadere, molto tempo dopo la morte dell'organismo, a un ritmo prevedibile, il che lo rende un utile "orologio" per gli archeologi.La fonte principale del carbonio-14 nell'atmosfera sono stati generalmente considerati i raggi cosmici. In linea di principio, anche i fulmini potrebbero dare un contributo, anche se non è ancora chiaro quanta parte dell'isotopo venga prodotta in questo modo, dice Enoto, non essendo detto che tutti i neutroni liberati inneschino reazioni fotonucleari."Sono d'accordo con la loro interpretazione dei dati", dice Joseph Dwyer, fisico all'Università del New Hampshire a Durham. Ma, aggiunge, la spiegazione del team di Enoto non risolve tutti gli enigmi legati ai positroni nell'atmosfera. In particolare, la reazione fotonucleare non sembra corrispondere a un evento che Dwyer osservò nel 2009 da un aereo di ricerca.Il suo rivelatore segnalò una firma dei positroni solo per una frazione di secondo, troppo breve per provenire dal decadimento nucleare, dice. Inoltre, in quel caso il suo rivelatore non rilevò alcun flash iniziale . "Se ci fosse stato, avrebbe dovuto essere molto evidente".(L'originale di questo articolo è stato pubblicato su Nature il 22 novembre 2017 . Traduzione ed editing a cura di Le Scienze. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)