حتى العاصفة الأكثر عادية يمكن أن تحمل لحظة من الدهشة. السماء تظلم، والهواء يثقل بالتوقع، ثم - فجأة - تشرق ومضة تفصل الأفق. يصل البرق في لحظة، عنيف ومشرق، كما لو أن الغلاف الجوي نفسه يتمزق لفترة وجيزة. على مدى قرون، ظل هذا العرض مألوفًا وغامضًا، قوة شاسعة وغير قابلة للتنبؤ بشكل كامل.
ومع ذلك، لدى العلم عادة هادئة في تقريب الظواهر البعيدة إلى الفهم. أحيانًا، ما يبدو مرتبطًا بالسماء المفتوحة يمكن أن يبدأ في الكشف عن نفسه في أماكن أصغر بكثير.
في بحث حديث، استكشف العلماء إمكانية إعادة إنشاء تفريغات شبيهة بالبرق داخل مواد المختبر - دون الحاجة إلى سحب العواصف الشاهقة التي عادة ما تصاحب مثل هذه الأحداث. تشير الأعمال، التي يقودها باحثون في جامعة بن ستايت، إلى أن الفيزياء الأساسية وراء البرق قد لا تتطلب كيلومترات من الغلاف الجوي بعد كل شيء. بدلاً من ذلك، تحت الظروف المناسبة، يمكن أن تحدث عمليات كهربائية مشابهة داخل كتلة صلبة من المادة بعرض بضعة سنتيمترات فقط.
تبدأ الفكرة بنظرة أعمق إلى كيفية تشكل البرق في الطبيعة. خلال عاصفة رعدية، تتجمع حقول كهربائية قوية داخل السحب بينما تنفصل الجسيمات المشحونة. في النهاية، تصبح التوترات الكهربائية قوية لدرجة أن الإلكترونات تتسارع بسرعة، تصطدم بجزيئات الهواء وتثير سلسلة من ردود الفعل المتسلسلة. تنتج هذه الإلكترونات الهاربة دفعات من الإشعاع وتساعد في إشعال ضربة البرق التي تومض عبر السماء.
تساءل الباحثون عما إذا كانت هذه السلسلة نفسها - فيزياء تسارع الإلكترونات وتكاثرها - يمكن أن تحدث في مكان آخر تمامًا.
باستخدام نماذج رياضية متقدمة عادة ما تُطبق على العواصف الرعدية، اختبر الفريق ما سيحدث إذا تم تقليص تلك العمليات بشكل كبير. اقترحت حساباتهم أن بعض المواد العازلة الكثيفة، بما في ذلك الأكريليك والكوارتز والبلورات المتخصصة، قد تسمح بتطوير ظروف كهربائية مشابهة داخل حجم صغير جدًا.
في مثل هذه المواد، يمكن أن تتجمع الحقول الكهربائية على مسافات أقصر بكثير من تلك الموجودة في الغلاف الجوي. نظرًا لأن المواد الصلبة أكثر كثافة بمئات الآلاف من المرات من الهواء، يمكن أن تحدث نفس أنواع الانهيارات الإلكترونية التي تحدث في سحب العواصف نظريًا داخل عينة مضغوطة موضوعة على طاولة المختبر.
الآلية الرئيسية وراء هذه الظاهرة تُعرف باسم انهيار الإلكترونات الهاربة النسبية - وهي عملية تتسارع فيها الإلكترونات عالية الطاقة بسرعة كبيرة لدرجة أنها تُثير إلكترونات إضافية في حلقة تغذية مرتدة متسلسلة. في السماء، يمكن أن تنتج هذه السلسلة من ردود الفعل أشعة سينية وومضات من أشعة غاما قبل أن يتشكل البرق. في سيناريو المختبر، يعتقد العلماء أن عملية مشابهة يمكن أن تحدث داخل كتلة من المادة العازلة المزودة بمصدر إلكتروني قوي.
لن يشبه الناتج صاعقة ضخمة تمتد عبر السحب. بدلاً من ذلك، سيظهر كإصدار صغير ولكنه مكثف، يحدث على مقاييس صغيرة جدًا ويدوم فقط لجزء من الثانية. ومع ذلك، على الرغم من حجمه المصغر، فإن الفيزياء الأساسية ستعكس نفس العمليات التي تحدث في العواصف الرعدية الحقيقية.
بالنسبة للباحثين الذين يدرسون الكهرباء الجوية، قد تفتح هذه الإمكانية أبوابًا جديدة. البرق معروف بأنه صعب الدراسة في بيئته الطبيعية. غالبًا ما تتطلب التجارب طائرات أو بالونات أو صواريخ تُطلق في أنظمة العواصف النشطة - وهو نهج مكلف وغير قابل للتنبؤ.
إذا كان من الممكن إعادة إنتاج أحداث شبيهة بالبرق بشكل موثوق في ظروف مختبر محكومة، قد يتمكن العلماء من ملاحظة الظاهرة عن كثب أكثر من أي وقت مضى. سيسمح الإعداد المختبري بإجراء تجارب متكررة، وقياسات مفصلة، واختبارات جديدة للنظريات حول كيفية بدء البرق.
بعيدًا عن علم الغلاف الجوي، يشير البحث إلى إمكانيات إضافية. يمكن أن تؤدي دفعات الإشعاع الناتجة خلال هذه التفريغات المصغرة إلى مصادر مدمجة من الأشعة السينية، والتي قد يكون لها يومًا ما تطبيقات في التصوير الطبي أو تقنيات الفحص الأمني. تبقى مثل هذه الأفكار تخمينية في الوقت الحالي، لكنها توضح كيف يمكن أن تؤدي دراسة البرق على مقاييس صغيرة إلى تأثيرات في مجالات أخرى من العلوم والهندسة.
ومع ذلك، يؤكد الباحثون أن العمل لا يزال نظريًا إلى حد كبير في هذه المرحلة. تُظهر الدراسة الأخيرة من خلال المحاكاة والحسابات أن مثل هذه التفريغات الشبيهة بالبرق يجب أن تكون ممكنة. ستكون التحدي التالي هو تأكيد تلك التوقعات من خلال التجارب الفيزيائية في المختبر.
في الوقت الحالي، تحتفظ السماء بمشاهدها المألوفة. ستظل سحب العواصف تتجمع، وسيظل الرعد يتردد عبر الوديان، وسيظل البرق ينحت مساراته العابرة عبر الغلاف الجوي. ومع ذلك، في المختبرات، قد يشاهد العلماء قريبًا نسخًا مصغرة من تلك الظاهرة نفسها تتلألأ داخل كتلة من الزجاج أو البلاستيك - شرارات هادئة تكشف الفيزياء الأعمق لأحد أكثر العروض دراماتيكية في الطبيعة.
تنبيه صورة AI الرسوم البيانية تم إنشاؤها بواسطة AI ومخصصة للتمثيل، وليس الواقع.
تحقق من المصدر يوجد تغطية موثوقة للبحث. هذه المنافذ أبلغت أو ناقشت الدراسة حول التفريغات الشبيهة بالبرق التي أعيد إنشاؤها في ظروف المختبر دون سحب العواصف:
Phys.org Earth.com Tech Explorist Penn State News Mirage News