Các tia chớp có hình dạng ngoằn ngoèo đặc biệt và các nhà vật lý từ lâu đã tự hỏi tại sao. Hiện nay, John Lowke và Endre Szili tại Đại học Nam Úc đã thực hiện các tính toán có thể giải thích hành vi này.
Bộ đôi này đã tạo ra một mô hình mô tả sự lan truyền bất thường của “sấm sét” – các kênh không khí bị ion hóa – kết nối các đám mây giông với mặt đất. Họ đề xuất rằng các bước chạy ngoằn ngoèo có liên quan đến các nguyên tử oxy siêu bền, bị kích thích cao – giúp cho dòng điện chạy trong không khí dễ dàng hơn rất nhiều.
Tia sét dường như lan truyền theo một loạt các bước liên quan đến các tia tiên đạo, dài hàng chục mét và bắt nguồn từ các đám mây giông. Một đường dẫn sẽ sáng trong khoảng 1 µs khi dòng điện chạy qua, tạo ra một bậc thang. Sau đó, kênh sẽ tối đi trong hàng chục micro giây, tiếp theo là sự hình thành của bước phát sáng tiếp theo ở phần cuối của đường dẫn trước đó – đôi khi có sự phân nhánh xảy ra. Quá trình này lặp đi lặp lại để tạo ra hình dạng tia chớp lởm chởm quen thuộc. Một khía cạnh gây tò mò của quá trình này là khi một bậc thang sáng lên và tối đi, nó sẽ không sáng trở lại – mặc dù là một phần của cột dẫn điện.
Bước này được biết là nguyên nhân gây ra các kiểu hình zig-zag đặc biệt được tìm thấy trong các vệt sét, nhưng có một số câu hỏi chưa được giải đáp về vật lý đằng sau hiện tượng này. Đặc biệt, bản chất của các cột tối nhưng dẫn điện kết nối các cột tiên đạo với các đám mây giông phần lớn vẫn còn là một bí ẩn.
Singlet delta oxy
Trong nghiên cứu của họ, Lowke và Szili tính toán rằng hành vi bước có thể được kết nối với sự tích tụ của các phân tử oxy bị kích thích cao được gọi là "oxy siêu bền đơn delta". Các phân tử này có thời gian bức xạ khoảng một giờ và khiến các electron tách ra khỏi các ion oxy âm – tăng cường độ dẫn điện của không khí xung quanh chúng.
Nhà vật lý thuần hóa sét
Bộ đôi gợi ý rằng thời gian giữa các bước liên tiếp tương ứng với thời gian cần thiết để đủ nồng độ của các phân tử siêu bền tích lũy ở các đầu dẫn. Điều này làm tăng điện trường ở đầu, làm cho quá trình ion hóa tiếp theo có thể xảy ra trong bước tiếp theo. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đề xuất rằng nồng độ cao của oxy delta nhóm đơn sẽ tồn tại trong các bước trước đó, cho phép các bước này duy trì tính dẫn điện của chúng, ngay cả khi không có điện trường duy trì.
Lowke và Szili hy vọng rằng việc hiểu rõ hơn về quy trình này có thể dẫn đến các kỹ thuật mới và các quy định chặt chẽ hơn để bảo vệ các tòa nhà khỏi bị sét đánh. Điều này có thể giảm thiểu thiệt hại về kinh tế và môi trường do sét gây ra đồng thời giảm mối đe dọa đến tính mạng và tay chân.
Nghiên cứu được mô tả trong Tạp chí Vật lý D: Vật lý Ứng dụng.
