カミナリ雲からの謎のガンマ線ビームを追え！

2016年度の雷雲ガンマ線の観測結果を論文として発表しました



2016年10月から2017年4月にかけて、石川県金沢市・小松市・珠洲市と新潟県柏崎市にガンマ線検出器を設置して、雷雲における電子の加速とガンマ線放射の観測を実施しました。アカデミストでのクラウドファンディングでみなさんにご支援いただいた研究費や、クラウドファンディングからステップアップして獲得した科学研究費補助金をもとに、合計10台の検出器を設置することができました。



その結果、1シーズンの観測で12例のガンマ線放射現象を捉えることができました。これは1シーズンあたりの検出数が平均2-3例だった過去の観測と比べて、ひじょうに大きな飛躍です。



その中でも、2017年2月6日に柏崎市で観測されたガンマ線放射現象を詳細に解析したところ「雷放電で加速された電子が、ガンマ線を放出し、そのガンマ線が大気中の窒素や酸素の原子核と衝突して、原子核から中性子がはじき出されている」という、いままではっきりと観測されていなかった、とても興味深い物理現象を観測していたことがわかりました。とくに窒素から中性子がはじき出される場合、あとに残される不安定な窒素の放射性同位体からは、電子の反粒子(反物質)である陽電子が放出されることが原子核物理学の研究から知られています。今回の事例では、そのような放射性同位体が風に乗って私たちの検出器の上空を通過していったと考えられます。その途中で放出された陽電子は、大気中の電子と衝突して消滅するさいに「電子・陽電子対消滅ガンマ線」という、決まったエネルギー(0.511 メガ電子ボルト)をもつガンマ線が放出します。私たちの検出器はこの「電子・陽電子対消滅ガンマ線」の存在も、はっきりととらえていました。これにより、雷雲や雷放電は、自然界の加速器であるとともに、反粒子(反物質)の生成装置でもあることが明らかになったのです。



私たちは2017年3月からこの観測データの詳細解析と論文執筆を、東京大学馬場・中澤研究室の中澤知洋講師、大学院生である和田有希さん、古田禄大さん、日本原子力研究開発機構の土屋晴文研究副主幹や、ほかの共著者のみなさんと進め、7月にNature誌に投稿しました。2名のレフェリーによる査読と改訂をへて、9月にLetter論文として受理されました。広範な読者を対象とした論文雑誌に掲載されることが決まったことは、この研究成果が雷雲や雷放電の研究者だけでなく、より広い研究領域に対してインパクトをもつことが認められたのだと考えています。



今回の論文で発表した成果については、京都大学などからプレスリリースを出しています。プレスリリース資料では、観測された物理現象や生成される窒素や炭素の同位体の重要性について、さらに詳しく解説しているので、ぜひ参照してください。



【京都大学プレスリリース】

「雷が反物質の雲をつくる!? — 雷の原子核反応を陽電子と中性子で解明 —」



・プレスリリース資料

　https://thdr.info/files/20171123_雷が反物質をつくる_京大プレスリリース.pdf



・スライド

　https://thdr.info/files/20171123_雷が反物質をつくる_記者発表スライド.pdf



【論文】

著者:

Teruaki Enoto, Yuuki Wada, Yoshihiro Furuta, Kazuhiro Nakazawa, Takayuki Yuasa, Kazufumi Okuda, Kazuo Makishima, Mitsuteru Sato, Yousuke Sato, Toshio Nakano, Daigo Umemoto, Harufumi Tsuchiya



タイトル:

Photonuclear Reactions Triggered by Lightning Discharge"



Natureの公開ページ:

http://dx.doi.org/10.1038/nature24630



論文本体(Read-onlyアクセス):

http://rdcu.be/y9JC



論文のPDFは、Natureのウェブサイト(購読料が必要)だけでなく、プレプリントサーバ(論文の無料公開サーバ)であるarXivからも閲覧することができます。



arXivの公開ページ:

https://arxiv.org/abs/1711.08044



今回の論文のほかにも、2016年度の観測データの解析を進めています。今後も研究成果は論文や学会発表として公開していきます。ご期待ください。