Boven een onweer ontstaat antimaterie

Onweersbuien veroorzaken niet alleen veel water en bliksem; er ontstaan ook antideeltjes bij. Dat heeft de Fermi Gamma-ray Space Telescope ontdekt, een NASA-telescoop die sinds 2008 rond de aarde draait. De ontdekking is maandag bekendgemaakt tijdens een congres van de American Astronomical Society in Seattle en wordt binnenkort gepubliceerd in Geophysical Research Letters. Antideeltjes waren tot nu toe alleen op de zon en in de ruimte tussen de sterren waargenomen – en in laboratoria, waar ze gemaakt worden.

De belangrijkste taak van de Fermi-telescoop is het onderzoeken van gammastraling in het heelal: elektromagnetische straling met een zeer korte golflengte en hoge energie. Fermi neemt elke dag wel een gammaflits uit het heelal waar, een stoot gammastraling van gemiddeld enkele seconden. Die flitsen komen van zware sterren die aan het einde van hun leven exploderen. Soms ziet Fermi ook zo’n flits boven de aarde. Deze aardse gammaflitsen, van altijd slechts een fractie van een seconde, hangen samen met bliksemontladingen in onweerswolken. Het is nog onduidelijk hoe ze ontstaan, maar Fermi heeft er al ruim 130 gezien.

In sommige gevallen detecteert Fermi niet de gammaflits zelf, maar wel de deeltjes die tijdens zo’n flits worden gecreëerd: elektronen en hun antideeltjes, positronen. Die ontstaan als de snelle fotonen (lichtdeeltjes) waaruit de gammastraling bestaat boven een onweerswolk vlak langs atoomkernen van de lucht schieten. Zo’n gammafoton verandert dan spontaan in een elektron en positron. Doordat deze twee deeltjes elektrisch geladen zijn, schieten zij langs de krachtlijnen van het aardmagnetisch veld de ruimte in.

Fermi kruist af en toe toevallig een deeltjesbundel die langs zo’n krachtlijn voortsnelt en detecteert de antideeltjes dan voor ze tegen andere deeltjes botsen en weer verdwijnen. Michael Briggs en zijn team schatten dat 10 tot 30 procent van de deeltjes in zulke bundels positronen zijn en de rest elektronen.

Er ontstaan flink wat positronen bij onweer: volgens de onderzoekers zouden alle gammaflitsen flinke hoeveelheden positronen produceren. Het vermoeden is dat bliksemontladingen de gammaflitsen veroorzaken. De vraag is of daarbij altijd antideeltjes worden geproduceerd. Om die te beantwoorden, moet eerst meer bekend worden over het ontstaan van zowel gammaflitsen als bliksem.