En ook nog even antimaterie te genereren.

Bijna een eeuw geleden voorspelden wetenschappers al dat de sterke elektrische velden in onweerswolken dienst deden als een soort deeltjesversnellers. Ze zouden elektronen – die tijdens een onweersbui razendsnel van wolken naar het aardoppervlak of andere wolken schieten – versnellen. En – zo stelden onderzoekers in 1925 – daarbij ontstonden nucleaire reacties. Het bleef lang bij een hypothese. Tot nu. Want Japanse onderzoekers komen nu met overtuigend observationeel bewijs dat tijdens onweersbuien nucleaire reacties plaatsvinden en radioactieve isotopen worden geproduceerd. Ook blijken er positronen – de antideeltjes van elektronen – te ontstaan.

Japan
“We wisten al dat onweersbuien en bliksem gammastraling voortbrachten,” stelt onderzoeker Teruaki Enoto. En aangenomen werd dat die gammastraling de interactie aan zou gaan met deeltjes die van nature in de atmosfeer voorkomen. Om die hypothese te kunnen bevestigen, togen de onderzoekers naar de westkust van Japan: “ideaal voor het observeren van krachtige bliksemschichten en onweersbuien”. Ze zetten er apparatuur neer waarmee gammastraling gedetecteerd kon worden en wachtten af.

Drie pulsen
En op 6 februari 2017 was het raak. Kort na een blikseminslag vingen de detectoren drie pulsen gammastraling op. De eerste duurde minder dan 1 milliseconde. De tweede puls bestond uit een nagloed van die gammastraling en hield ook maar even stand. De derde puls hield ongeveer één minuut aan. “We wisten dat de eerste puls het resultaat was van de blikseminslag,” vertelt Enoto. “Door onze analyse en berekeningen konden we uiteindelijk ook de oorsprong van de tweede en derde puls vaststellen.”

Radioactieve isotopen: dat klinkt een beetje eng. Maar moet je ze vrezen? Waarschijnlijk niet. Zo moet je bijvoorbeeld bedenken dat ze maar kort standhouden (ze worden al snel afgebroken).

De nagloed
De nagloed blijkt bijvoorbeeld veroorzaakt te worden door een nucleaire reactie. We spreken van een nucleaire reactie als er veranderingen ontstaan in de atoomkern. In dit geval ontstaan er veranderingen in de kernen van stikstofatomen. De gammastraling die de bliksem heeft voortgebracht, is energierijk genoeg om stabiele stikstofatomen van een neutron te ontdoen. Je blijft dan zitten met stikstof-13: een onstabiele radioactieve isotoop (zie kader). Daarnaast zijn er neutronen vrijgekomen. Die worden weer geabsorbeerd door andere deeltjes in de atmosfeer en dat veroorzaakt de nagloed die de onderzoekers hebben gezien.

Antideeltjes
Dan de derde puls: die ontstaat door de afbraak van de radioactieve isotopen. Daarbij komen positronen (de antideeltjes van elektronen) vrij, die botsen vervolgens met elektronen, waarbij de deeltjes en antideeltjes elkaar vernietigen en dat brengt weer gammastraling voort. “We hebben het idee dat antimaterie iets is dat alleen in sciencefiction bestaat,” stelt Enoto. “Wie had gedacht dat het op een stormachtige dag recht boven onze hoofden passeert?”

Het zijn bijzondere ontdekkingen. Met name het feit dat de bliksem radioactieve isotopen voortbrengt, is uniek. Tot voor kort dachten we namelijk dat die maar op één natuurlijke wijze op aarde gegenereerd konden worden: door de interactie tussen atmosferische deeltjes en kosmische straling.