Ученые из Института науки и технологий Австрии разработали метод, который позволяет «ловить» и удерживать частицы с помощью двух лазерных лучей, заряжать их и наблюдать за изменением их электрического состояния. Это может помочь объяснить образование молний в грозовых облаках. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL). 
Аэрозольные частицы — это твердые или жидкие микрочастицы, которые находятся в воздухе и окружают нас повсюду, от пыльцы до соляных кристаллов у моря. Австрийская исследовательница Андреа Стелльнер изучает ледяные кристаллы в облаках. Чтобы понять, как такие кристаллы накапливают заряд, она применяет модельные аэрозоли — прозрачные кремниевые частицы.
Совместно с коллегами Стелльнер разработала установку, где две лазерные струи образуют оптическую «ловушку». Частица, попавшая в нее, удерживается на месте светом. Впервые поймав частицу два года назад, исследовательница удерживала ее лишь три минуты — сейчас установка позволяет фиксировать объект на протяжении недель.
Изначально ученые намеревались изучить влияние влажности на заряд частиц, но выяснили, что сами лазерные лучи заряжают их. Анализ показал, что заряд формируется в результате двухфотонного процесса — когда два фотона одновременно выбивают электрон из частицы. В результате она получает положительный заряд, который постепенно увеличивается.
При этом по мере накопления заряда часть начинает разряжаться — происходит внезапный спонтанный разряд. Подобные явления, как предполагается, могут происходить и в облаках.
В грозовых облаках ледяные кристаллы сталкиваются с крупными ледяными гранулами и обмениваются зарядом. Со временем электрический потенциал накапливается до такой степени, что возникает молния. Одна из гипотез предполагает, что первые «искры» могут исходить от сильно заряженных ледяных кристаллов. Однако измеренное электрическое поле в облаках, по расчетам, недостаточно для объяснения этого процесса.
Новая установка ISTA предоставляет возможность исследовать динамику заряда модельных «ледяных» частиц на микроуровне, чтобы выяснить, могут ли они создавать локальные разряды.
«Наши частицы уже демонстрируют спонтанные разряды. Представьте, если однажды они создадут крошечные молнии — это было бы невероятно», — поделилась Стелльнер.
Хотя настоящие ледяные кристаллы в атмосфере значительно больше экспериментальных, исследователи надеются, что изучение микроскопических процессов поможет раскрыть механизм возникновения молний — одной из главных загадок атмосферной физики.
Фото: hi-tech.mail.ru