Кульова блискавка вже століттями залишається одним із найзагадковіших і водночас найменш вивчених природних феноменів. Тисячі свідчень очевидців описують її як плаваючі над землею вогняні кулі, які зникають із характерним звуком. Проте через випадковий характер цього явища його практично неможливо дослідити в польових умовах. Група фізиків під керівництвом Чуляна Чжоу з Китайської академії наук вирішила наблизитися до розгадки цієї таємниці шляхом створення аналога такого явища у лабораторних умовах.
Результати своєї роботи дослідники опублікували в авторитетному науковому виданні Nature Photonics. Успіху вдалося досягти за допомогою надтонкої вольфрамової голки, товщина вістря якої становила лише 100 нанометрів. Науковці спрямували на неї короткий лазерний імпульс, що згенерував потужну електромагнітну хвилю. Коли вона досягла кінчика голки, утворилося надзвичайно інтенсивне електричне поле. Воно вирвало електрони з атомів аргону в навколишньому газовому середовищі, сформувавши мініатюрну бульбашку з іонізованої плазми.
Створена світлова куля спочатку мала розмір близько 80 мікрометрів, після чого дещо розширилася протягом ста наносекунд. Попри таку мізерну тривалість, утворена структура не розсіялася миттєво, як звичайна гаряча плазма, а зберегла свою цілісність. Подальший аналіз випромінюваного світла та комп’ютерне моделювання показали, що цей стабільний об’єкт є оптичним солітоном — єдиною самодостатньою хвилею, яка утримує форму завдяки балансу фізичних сил. Отримані дані підтвердили теорію про те, що кульові блискавки можуть являти собою саме електромагнітні солітони, здатні утримувати енергію всередині плазмової оболонки.
Хоча створений у лабораторії мікроскопічний об’єкт суттєво відрізняється від масштабних атмосферних явищ, математичні розрахунки вчених демонструють перспективи масштабування. Згідно з теоретичними моделями, солітони, які керуються мікрохвилями, а не терагерцовим випромінюванням, потенційно можуть досягати метрових розмірів та існувати впродовж кількох секунд. Це вже значно ближче до описів очевидців реальних блискавок у природі.
Окрім розв’יзання давньої наукової загадки метеорології, розроблена технологія контрольованого утримання електромагнітної енергії відкриває нові можливості для прикладних галузей. Зокрема, вона може знайти застосування у створенні передових систем зберігання енергії та вивченні взаємодії світла з масією в екстремальних умовах. У майбутньому дослідники планують продовжити експерименти для детальнішого вивчення фізики оптичних солітонів.
Джерела: sciencealert.com
