توده‌های انبوه ذرات خود باردار شونده نه از نیروی جاذبه پیروی می‌کنند و نه با پیش‌بینی فیزیک‌دانان سازگاری دارند. تازه‌ترین مدل‌سازی دانشمندان، رفتار عجیب ذرات شن را در باردار شدن خودبخودی آشکار کرد.

مجید جویا- دانشمندان توضیح داده‌اند که چگونه حتی در خشک‌ترین بیابان‌ها هم آذرخش اتفاق می‌افتد. یک نظریه جدید تشریح می‌کند که چگونه غبار بی‌بار می‌تواند به خودی خود باردار شود.

به گزارش نیچر، برای قرن‌ها، پژوهش‌گران می‌دانستند که ابرهایی از ذرات خنثی می‌توانند برخی اوقات دارای بار الکتریکی خالص شوند. این می‌تواند سبب شود که حتی خشک‌ترین ماسه هم آذرخش تولید کند، و کارخانجات شکر و کارخانجات فراوری ذغال سنگ هم انفجارهای غیر منتظره‌ای را تجربه کنند. بیشتر پژوهشگران چنین رخدادهایی را به عنوان ذخیره الکتریسیته ساکن توصیف می‌کردند، ولی این توجیه تروی شینبرات، یک فیزیکدان از دانشگاه روتگرز در پیسکاتاوی نیوجرسی را قانع نمی‌کرد.

به گفته او در شرایط عادی، شن و ماسه هادی برق نیستند، در نتیجه چگونه می‌توانند میدان‌هایی ایجاد کنند که قدرت کافی را برای ایجاد آذرخش‌های عظیم داشته باشند؟ سوال او این بود:‌ «این مواد در شرایط خیلی خشک عایق هستند، پس این بارها از کجا می‌آیند؟»

دسته بادکنک‌های باردار
شینبرات، چندین ماه در این مورد فکر کرد و در نهایت به یک فرضیه رسید. او با تصور ذرات شن به صورت بادکنک‌های جشن تولد شروع کرد. او فکر می‌کرد که در یک میدان الکتریکی، بادکنک‌ها قطبی می‌شوند: به عبارت دیگر، هر بادکنک یک نیم‌کره مثبت و یک نیم‌کره منفی خواهد داشت.

او سپس به این فکر افتاد که اگر یک نیم‌کره منفی از یک بادکنک، نیم‌کره مثبت بادکنک دیگر را لمس کند، چه می‌شود. نیم‌کره‌ای که در تماس بوده خنثی می‌شود، ولی نیم‌کره دیگر هر بادکنک بدون تغییر می‌ماند چرا که در یک میدان الکتریکی مستقل قرار دارند.

هنگامی که بادکنک‌ها جدا می‌شوند، آنها دوباره در میدان‌های الکتریکی اطراف خود قطبی می‌شوند. ولی، در هنگام قطبیدگی بادکنک‌ها، نیم‌کره‌هایی که در تماس با نیم‌کره‌های دیگر نبوده‌اند، بار مضاعفی به دست می‌آورند. به این ترتیب، بادکنک‌ها می‌توانند بارهای خیلی خیلی زیادی به دست بیاورند، حتی به رغم این که در ابتدا بی‌بار بوده‌اند.

به اعتراف خود شینبرات، ایده باردار شدن ذرات خنثی از طریق خنثی شدن نیم‌کره‌ها «درست به نظر نمی‌رسید». ولی هنگامی که او شروع به مدل‌سازی ذرات شن نظریه خود کرد، دریافت که نظریه به مشکل برخورده است. علاوه بر آن، مدل‌ها چگالی‌های بهینه ذرات را در جایی که تاثیر باید بیشینه باشد پیش‌بینی کردند.

شینبرات و گروهش مدل خود را با یک آزمایش آزمودند. گروه مهره‌های شیشه‌ای رنگی را در یک ظرف گذاشتند و آن را در یک میدان الکتریکی 30 کیلوولتی قرار دادند. سپس هوا را به ظرف دمیدند و آن‌چه را رخ داد، تحلیل کردند. بدون شک، در چگالی‌های غیر بهینه، تنها برخی از مهره‌ها باردار شدند، ولی در چگالی بهینه پیش‌بینی شده توسط مدل، خیلی از مهره‌ها از جا جهیدند. او می‌گوید: «به نظر می‌رسید که این نظریه احمقانه کار می‌کند». تنیجه کار این گروه در مجله نیچر منتشر شده است.

خداحافظی با اره برقی
دانیل لاکس، یک مهندس شیمی در دانشگاه کیس وسترن رزرو در کلیولند اوهایو، می‌گوید: «مدل آنها به نظر من منطقی است». وی افزود که این شاید یک پژوهش مشکوک به نظر برسد، ولی احتمالا در نهایت در دسترس همگان قرار خواهد گرفت.

ذرات کوچک، در فرایندهای صنعتی معمول هستند، و باردار شدن یک مشکل همیشگی است. برای مثال، ذرات استفاده شده در تولید پلی‌اتیلن (پرکاربردترین پلاستیک جهان که در ساخت کیسه‌های خرید پلاستیکی استفاده می‌شود) ممولا یک بار ساکن به دست می‌اورند و با چسبیدن به دیوارهای محفظه‌های واکنش، دستگاه را کند می‌کنند. به گفته لاکس در حال حاضر، راه حل این مشکل فناوری پیچیده‌ای ندارد: «آنها باید با اره برقی و چراغ جوشکاری به داخل راکتورها بروند تا توده ذرات را جدا کنند. مدل جدید می‌تواند تکنیک‌های تولید را بهبود ببخشد».

ولی معما کاملا حل نشده است. به یک دلیل، گروه هنوز منشا بار الکتریکی خارجی مورد نیاز برای آغاز فرایند باردار شدن را تشریح نکرده است. شینبرات فکر می‌کند که احتمالا جابجا کردن ابرهای غبار یا شن به میدان‌های الکتریکی خود ساخته امکان پذیر باشد. ولی لاکس حدس می‌زند که احتمالا فرایندهای ناشناخته هم در این امر دخیل باشند. او می‌گوید: «همه چیز به نظر درست می‌رسد. ولی فکر نمی‌کنم که این پایان داستان باشد».