Les mêmes photons de haute énergie produits par les décharges de foudre et utilisés en imagerie médicale ont été découverts par des scientifiques au début des années 2000. Bien que les scientifiques aient pu reproduire ce phénomène en laboratoire, ils n'ont pas pu expliquer complètement comment et pourquoi la foudre produit des rayons X. Maintenant, deux décennies plus tard, une équipe dirigée par Penn State a découvert un nouveau mécanisme physique qui explique comment les rayons X associés à l'activité de la foudre se produisent naturellement dans l'atmosphère terrestre.
Le 30 mars, Geophysical Research Letters a publié les résultats de ses recherches.
La découverte de l'équipe peut également éclairer un autre phénomène, comme le bref choc occasionnel lorsqu'une poignée de porte en métal est touchée. Lorsqu'un objet et un conducteur sont exposés à une différence de tension, un phénomène connu sous le nom de décharge par étincelle se produit. Dans une série de tests en laboratoire effectués dans les années 1960, les chercheurs ont découvert que les décharges par étincelles émettaient des rayons X comme la foudre. Plus de 60 ans plus tard, les scientifiques travaillent toujours en laboratoire pour mieux comprendre le mécanisme sous-jacent à ce processus.
Sursauts de rayons X à haute énergie
Les électrons relativistes, un composant de la foudre, produisent de superbes sursauts de rayons X à haute énergie avec des énergies de dizaines de méga-électron-volts connus sous le nom de flashs de rayons gamma terrestres (TGF). Alors que des simulations et des modèles ont été développés pour expliquer les observations de TGF, l'auteur principal Victor Pasko, professeur de génie électrique à Penn State, soutient qu'il existe un écart entre les dimensions simulées et réelles. Pour mieux comprendre comment le phénomène TGF peut se produire dans l'espace compact observé, Pasko et son équipe ont développé un modèle mathématique.
Pasko a expliqué que le canal spatial de la foudre a généralement une échelle de quelques centimètres, l'activité de décharge électrique produit des rayons X autour des extrémités de ces canaux qui s'étendent jusqu'à 100 mètres dans les cas extrêmes, et parce que la foudre se propage de manière si compacte, la communauté a actuellement difficulté à concilier cela avec les observations réelles. « Comment cette ressource est-elle si petite ? Cela a été un mystère jusqu'à présent. Nous traitons de très petits volumes, cela pourrait donc également affecter les travaux de laboratoire utilisant des décharges à étincelles qui existent depuis les années 1960.
Pasko a affirmé avoir développé une théorie pour expliquer comment ce phénomène est causé par un champ électrique qui augmente la quantité d'électrons. Au fur et à mesure que les électrons accélèrent, ils sont dispersés sur les atomes qui composent l'air. Comme une avalanche de neige, la plupart des électrons avancent et se multiplient à mesure qu'ils gagnent de l'énergie, ce qui leur permet de créer plus d'électrons. L'avalanche d'électrons crée des rayons X qui repoussent les photons et libèrent de nouveaux électrons.
La question suivante était: "Quel est le champ électrique que vous devez appliquer pour reproduire cela afin de faire rebondir suffisamment les rayons X vers l'arrière pour que ces électrons sélectionnés se multiplient?"
Selon Pasko, la modélisation mathématique a créé un seuil de champ électrique, confirmant le processus de rétroaction qui amplifie les avalanches d'électrons lorsque les rayons X des électrons reculent et créent de nouveaux électrons.
Selon Pasko, "les résultats du modèle sont cohérents avec les données d'observation et expérimentales montrant que les TGF proviennent de régions spatiales relativement compactes avec des largeurs spatiales comprises entre 10 et 100 mètres."
Selon Pasko, la recherche pourrait aider à la conception de nouvelles sources de rayons X ainsi qu'à identifier les événements à haute énergie associés à la foudre. Selon les chercheurs, ils visent à tester le mécanisme avec divers matériaux et gaz et à appliquer leurs résultats dans divers contextes.
Source : phys.org/news
📩 03/04/2023 12:41