Une étude, dont les résultats intitulés «Photonuclear reactions triggered by lightning discharge» ont été publiés dans la revue Nature, révèle que des orages seraient capables de produire des réactions photonucléaires.

Indiquons tout d'abord qu'il était déjà connu que «les nuages peuvent parfois se comporter comme des accélérateurs de particules», car des rayons gamma, appelés en anglais Terrestrial Gamma-Ray Flash, ou TGF (qu'on peut traduire par «flashs de rayons gamma terrestres»), peuvent «se produire à l'occasion d'éclairs» du fait que «les champs électriques situés dans les nuages peuvent être si intenses qu'ils provoquent l'accélération d'électrons à des vitesses proches de celle de la lumière, en direction du haut de l'atmosphère».

Plus précisément, «ces électrons ionisent les atomes et molécules qu'ils heurtent», entraînant «avec eux les électrons produits, qui sont accélérés à leur tour» par avalanche. Alors, d'après le processus de Bremsstrahlung, ou 'rayonnement continu de freinage' *, certains de ces électrons qui «passent suffisamment près des noyaux des atomes» déclenchent une émission de rayons gamma: d'ailleurs, certains photons gamma sont «assez énergétiques pour qu'il y ait production de paires de particules et d'antiparticules, des électrons et des positrons».

Pour sa part, l'étude ici présentée rapporte la découverte d'un nouveau phénomène associé aux TGF: en plus de produire de l'antimatière, «ces flashs gamma généreraient aussi des réactions nucléaires» de sorte que naîtraient «des isotopes radioactifs de certains noyaux, en l'occurrence de l'azote 13 (¹³N) et même de l'oxygène 15 (¹⁵O)». Cette conclusion découle de mesures réalisées «au moyen de quatre détecteurs de rayons gamma»: en effet, lors d'un orage, «le 6 février 2017, ces instruments ont observé des flashs gamma étonnants».

Au début, les observations avaient permis de détecter des «bouffées de quelques centaines de millisecondes après chaque éclair». Ces bouffées pouvaient s'expliquer en supposant que des photons gamma, créés au cours de l'orage, avaient «heurté des neutrons dans des noyaux (comme ceux d'azote 14, ¹⁴N) au point de les éjecter», un phénomène, qui «se produit très probablement, car, au cours d'autres expériences, des flux de neutrons arrivant au sol en coïncidence avec des flashs gamma ont été observés dans des nuages d'orages».

Ensuite, certains de ces neutrons auraient été capturés par d'autres noyaux, «les conduisant à des états excités similaires à ceux produits par des captures d'électrons dans des atomes, car il existe aussi des couches de nucléons dans les noyaux». C'est en se désexcitant, que «ces noyaux ont alors émis des photons gamma, un peu comme une population de noyaux radioactifs se désintégrant».

En outre, un second type de signal, qui «suivait les flashs gamma précédents», a été enregistré avec un spectre en énergie présentant un pic à 0,51 MeV, «ce qui, d'ordinaire, s'interprète comme une production de rayons gamma par des annihilations électron-positron». La seule façon d'interpréter ces résultats semble être de faire intervenir «une autre réaction nucléaire dans laquelle, suite à l'éjection d'un neutron d'un noyau, celui-ci subit rapidement une désintégration bêta».

De la sorte, on aurait «notamment, un noyau d'azote 13 qui se désintégrerait en noyau de carbone 13 en émettant un positron selon un mode dont la demi-vie est de 10 minutes environ».

Lien externe complémentaire (source Wikipedia)

* Rayonnement continu de freinage ou Bremsstrahlung