I lampi hanno forme distintive a zig-zag e i fisici si sono chiesti a lungo perché. Adesso, Giovanni Lowke ed Endre Szili presso la University of South Australia hanno fatto calcoli che potrebbero spiegare questo comportamento.
Il duo ha creato un modello che descrive l'insolita propagazione dei "fulmini" - canali di aria ionizzata - che collegano le nuvole temporalesche al suolo. Propongono che i gradini a zig-zag siano associati ad atomi di ossigeno altamente eccitati e metastabili, che rendono molto più facile il flusso di corrente elettrica nell'aria.
I fulmini sembrano propagarsi in una serie di passaggi che coinvolgono capi, lunghi decine di metri e originati da nuvole temporalesche. Un leader si accenderà per circa 1 µs mentre la corrente scorre, creando un gradino. Quindi il canale si oscurerà per decine di microsecondi, seguito dalla formazione del successivo gradino luminoso alla fine del leader precedente, a volte con ramificazione. Questo processo si ripete per creare una familiare forma di saetta frastagliata. Un aspetto curioso di questo processo è che una volta che un gradino si è illuminato e si è oscurato, non si riaccende, pur essendo parte della colonna di conduzione.
Questo passaggio è noto per essere responsabile dei caratteristici schemi a zig-zag che si trovano nelle strisce di fulmini, ma ci sono diverse domande senza risposta sulla fisica alla base di questo fenomeno. In particolare, la natura delle colonne scure ma conduttive che collegano i leader alle nuvole temporalesche è rimasta in gran parte un mistero.
Ossigeno delta singoletto
Nel loro studio, Lowke e Szili calcolano che il comportamento a gradini potrebbe essere collegato a un accumulo di molecole di ossigeno altamente eccitate chiamate “ossigeno metastabile delta singoletto”. Queste molecole hanno una durata radiativa di circa un'ora e provocano il distacco degli elettroni dagli ioni di ossigeno negativi, migliorando la conduttività dell'aria che le circonda.
Il fisico che doma i fulmini
Il duo suggerisce che il tempo tra passaggi successivi corrisponde al tempo necessario affinché concentrazioni sufficienti delle molecole metastabili si accumulino sulle punte dei leader. Ciò aumenta il campo elettrico sulla punta, rendendo possibile un'ulteriore ionizzazione nella fase successiva. Inoltre, i ricercatori propongono che alte concentrazioni di ossigeno delta singoletto dovrebbero resistere nelle fasi precedenti, consentendo a queste fasi di mantenere la loro conduttività elettrica, anche senza un campo elettrico di sostegno.
Lowke e Szili sperano che una migliore comprensione di questo processo possa portare a nuove tecniche e normative più severe per proteggere gli edifici dai fulmini. Ciò potrebbe ridurre al minimo i danni economici e ambientali causati dai fulmini, riducendo al contempo la minaccia per la vita e l'incolumità fisica.
La ricerca è descritta in Journal of Physics D: Fisica applicata.
