Yuuki Wada坐在实验室使用设备

Yuuki Wada研究地球上的γ射线，以更好地了解黑洞等遥远物体发射的高能射线的起源。来源:《自然》杂志Irwin Wong

这是自然指数关于日本新兴早期职业研究人员的系列简介中的第二篇。

作为一名高能物理学家，和田幸树(Yuuki Wada)曾把大部分时间花在研究黑洞、中子星和超新星上。但最近他将注意力转向了离日本更近的现象:向日本海岸线移动的低而厚的云。令人惊讶的是，雷云通常与极端天体有一些共同之处。具体来说，它们有能力产生γ射线，这是电磁波谱中能量最高的波。然而，目前还不清楚地球上的暴风雨天气是如何产生这种辐射的。

和田是日本埼玉县理研白壁极端自然现象研究小组的物理学家，他是一组研究人员的一员，他们跟踪雷暴中的γ射线，以更好地了解射线和射线的来源雷暴与生俱来的力量．

科学家可以在加速器的帮助下产生γ射线，加速器将粒子抛入真空中，但雷暴以某种方式模拟了在充满水蒸气的超厚大气中的这一壮举。

“雷暴内部的强电场被认为可以将电子加速到相对论水平，”和田说，这意味着电子接近光速。“在厚厚的大气层中，这是如何发生的，完全是个谜。”

追逐风暴已被证明是成功的科学策略．从2016年到2021年，和田与人合著了9篇自然指数追踪的出版物，这一数字使他跻身日本地球和环境科学早期职业研究人员的前五名。

和田和他的同事们主要将γ射线探测器对准从10月到3月在本州岛中部西北海岸移动的冬季雷雨云。不像夏季的高空风暴往往停留在离地面至少3公里的地方，冬季的风暴垂得很低，在探测器的探测范围内。和田说，日本所处的地理位置很好，可以接受从西伯利亚到日本海的强大而频繁的风暴。

几年前，他和他的团队曾尝试在富士山附近的高海拔风暴中探测γ射线，但由于电力不足，物理学家们受到了阻碍。“我们努力为我们的γ射线探测器找到出口，”和田说。他近期不打算再次尝试追逐山地风暴，因为他还有很多东西要从海岸附近的雷雨云中学到。

许多雷暴会产生持续的γ射线，但和田对更罕见的地面γ射线闪光(TGFs)更感兴趣，这是一种超强烈的毫秒级能量爆发，有时被称为暗闪电。卫星经常探测到从雷暴中射向太空的TGFs，但要发现从云层跳到地球上的γ射线爆发需要运气和毅力。“tgf是一种非常罕见的现象，所以我们需要更多的观察，”他说。

图表显示2015年至2022年和田由纪的出版数量和引用

来源:维

2022年，世界反兴奋剂机构与人合著了一项研究，记录了四个冬季中七次这样的下行闪光(义朗et al。地球物理学。卷。49e2021GL097348;2022)．除了γ射线传感器，和田和他的同事们还用宽带监视器跟踪闪光，这种设备可以测量闪光的无线电频率。每一次闪光都在低于500千赫兹的低频范围内，但仔细观察发现，闪光似乎至少有两种不同的种类。其中一些的最大电流约为50千安培，而其他的峰值超过100千安培;还有一个tgf的细微差别还有待解释。

所有7次γ射线闪光都发生在闪电的600微秒内，和田怀疑这不仅仅是巧合。他的首要任务之一是了解γ射线辐射和我们习惯用肉眼看到的天空中更熟悉的明亮闪电之间的联系。“我们的假设是雷暴中的γ射线可以促进闪电的触发，”他说。

研究地球上的γ射线可能会让我们深入了解由黑洞、超新星和中子星等更遥远的物体发射的高能射线的起源和行为。

Wada指出，γ射线经常在这些天体周围的大气层中加速，因此研究穿过地球大气层的射线可以进一步了解宇宙事件。但随着雷暴的临近，和田的注意力完全集中在了地球上的事情上。“闪电是美丽的，高能粒子是非常神秘的，”他说。