闪电具有独特的之字形形状，物理学家长期以来一直想知道为什么。 现在， 约翰·洛克 和 恩德雷西里 在南澳大利亚大学进行的计算可以解释这种行为。
两人创建了一个模型，描述了将雷云连接到地面的“闪电先导”（电离空气通道）的异常传播。 他们提出，锯齿形台阶与高度兴奋、亚稳态的氧原子有关——这使得电流更容易在空气中流动。
闪电似乎以一系列涉及前导的步骤传播，前导长达数十米，起源于雷云。 当电流流动时，引线会亮起约 1 µs，从而产生阶跃。 然后通道会变暗几十微秒，然后在前一个领导者的末端形成下一个发光步骤——有时会发生分支。 重复此过程以创建熟悉的锯齿状闪电形状。 这个过程的一个奇怪方面是，一旦一个台阶亮起又变暗，它就不会再次亮起——尽管它是导电柱的一部分。
众所周知，这种步进是造成闪电条纹中独特的锯齿形图案的原因，但关于这种现象背后的物理学还有几个悬而未决的问题。 特别是，连接先导和雷雨云的黑色导电柱的性质在很大程度上仍然是个谜。
单线态δ氧
在他们的研究中，Lowke 和 Szili 计算出步进行为可能与称为“单线态 δ 亚稳态氧”的高度激发氧分子的积累有关。 这些分子的辐射寿命大约为一小时，并导致电子从负氧离子中分离出来——从而增强了它们周围空气的导电性。
驯服闪电的物理学家
两人建议，连续步骤之间的时间对应于足够浓度的亚稳态分子在前导尖端积累所需的时间。 这增加了尖端的电场，使下一步的进一步电离成为可能。 此外，研究人员提出，高浓度的单线态 δ 氧应该在较早的步骤中持续存在，从而使这些步骤即使在没有持续电场的情况下也能保持其导电性。
Lowke 和 Szili 希望更好地了解这一过程可以导致新技术和更严格的法规来保护建筑物免受雷击。 这可以最大限度地减少闪电造成的经济和环境损失，同时减少对生命和肢体的威胁。
该研究描述于 物理学杂志 D：应用物理学.
