U laboratoriji stvorena minijaturna kuglasta munja

Kuglasta munja — svjetleća kugla koja, prema hiljadama svjedočenja, lebdi iznad tla prije nego što nestane uz pucketav zvuk — vjekovna je zagonetka atmosferske nauke. Pošto se pojava gotovo nikada ne može uhvatiti u prirodi, fizičar Chuliang Zhou i kolege s Kineske akademije nauka odlučili su pokušati nešto suprotno: stvoriti sličan objekat u laboratoriju.

Kako je nastala minijaturna svjetleća kugla

Ključni alat bila je volframova igla čiji je vrh širok svega 100 nanometara — za poređenje, ljudska dlaka debljine je između 80.000 i 100.000 nanometara. Istraživači su na iglu ispalili ultrakratki laserski puls, koji je duž nje stvorio snažan elektromagnetni talas. Kad je talas stigao do vrha, energija se koncentrisala u izuzetno jako električno polje koje je iz atoma oblaka argona izbilo elektrone, stvarajući pregrijani mjehur ionizovanog gasa — plazmu.

Svjetleća kugla započela je kao tačkica promjera oko 80 mikrometara, a zatim se u sljedećih 100 nanosekundi proširila na nekoliko stotina mikrometara. Iako to zvuči kratko, znatno je duže od samog elektromagnetnog impulsa iz kojeg je nastala. Ključno je da se kugla, za razliku od običnog oblaka vruće plazme, raspršenjem nije raspala, nego je zadržala strukturu tokom širenja.

Soliton kao moguće objašnjenje

Analiza svjetlosti koju je kugla emitovala tokom hlađenja pokazala je da širenje odgovara teorijskim predviđanjima za elektromagnetni soliton — poseban talas koji zadržava oblik zahvaljujući ravnoteži fizičkih sila. To ukazuje da je elektromagnetna energija ostala zarobljena unutar plazme i održavala svjetleću kuglu. Simulacije obične termalne plazme, naprotiv, dale su brže i raspršenije ponašanje.

U radu, objavljenom u časopisu Nature Photonics, tim navodi da je ovo prva kontrolisana izrada makroskopskog, dugovječnog solitona pokretanog relativističkim terahercnim elektromagnetnim poljima. Budući da je laboratorijska kuglica sićušna, istraživači su teorijskim modelima ispitali kako bi se pojava ponašala u većim razmjerima. Njihovi proračuni sugeriraju da solitoni pokretani mikrovalovima, umjesto terahercnim zračenjem, teoretski mogu izrasti do metara u prečniku i postojati sekundama — što je bliže izvještajima svjedoka o kuglastoj munji.

Iako to nije konačno objašnjenje misterije, istraživači ističu da njihov pristup otvara sustavan put ka dešifrovanju tog vjekovnog fenomena, ali i nove mogućnosti za tehnologije pohrane energije i proučavanje međudjelovanja svjetlosti i materije u ekstremnim uslovima.