Исследователи из США смоделировали молнию в пластиковом блоке размером с колоду карт

Как молнию загнали в кусок пластика: новый взгляд на старую физику

Исследователи из Университета штата Пенсильвания показали на численных симуляциях: разряды, похожие на атмосферные молнии, могут возникать внутри небольших твёрдых блоков. Акрил, кварц, германит висмута — в них при определённых условиях стартует тот же каскадный процесс, что и в грозовом облаке. Результаты опубликованы в марте 2026 года. И это не просто лабораторный курьёз.

Как устроена молния (если убрать облака)

В основе лежат релятивистские электронные лавины. Электроны разгоняются электрическим полем до околосветовых скоростей, бьют по молекулам воздуха и порождают вторичные частицы. Лавина растёт лавинообразно (простите за тавтологию). Сопровождается это фотоэлектрической обратной связью — цепной реакцией, которая выдаёт мощные всплески рентгеновского и гамма-излучения. Раньше этот механизм наблюдали только в небе.

Профессор Виктор Паско перенёс математическую модель грозовых разрядов на твёрдые тела. И тут в игру вступила плотность.

Акрил и кварц плотнее воздуха примерно в тысячу раз. Это меняет всё. Чтобы получить электрический потенциал в 100 миллионов вольт, в атмосфере нужны километры. В твёрдом блоке — несколько сантиметров. Разряд проскакивает за наносекунды. Скорость процессов растёт пропорционально плотности. Недавно я заметил, что многие коллеги игнорируют роль плотности в высоковольтных пробоях — а зря. Именно она позволяет сжимать масштаб в тысячи раз.

Сравнение: небо против пластика

Как это работает: три шага к мини-молнии

Чтобы запустить фотоэлектрическую обратную связь в твёрдом блоке, нужен внешний источник электронов. Не просто «подать напряжение» — а именно мощный пучок частиц. Дальше механизм такой:

• Внешние электроны разгоняются в приложенном поле.
• Они сталкиваются с атомами материала, выбивают вторичные электроны — лавина растёт.
• Возникает фотоэлектрическая обратная связь, которая порождает гамма-излучение.

Без мощного внешнего источника ничего не выйдет — это ключевое ограничение модели. Но именно оно и даёт контроль: эксперимент становится воспроизводимым.

Зачем это нужно (не только ради любопытства)

Практическая ценность работы — перенос изучения молний из полевых условий в лабораторию. Раньше использовали ракеты-зонды и наземные станции. Это дорого, опасно и даёт плохую повторяемость. Теперь можно разместить молнию на столе и крутить параметры как угодно.

Вторая перспектива — компактные рентгеновские источники. Механизмы генерации высокоэнергетического излучения в твёрдых телах могут привести к появлению портативных установок для медицинской диагностики и систем безопасности. Представьте рентгеновский аппарат размером с чемодан, который не требует отдельного питания в сотни киловольт. Пока это симуляции, но шаг реальный.

Я считаю, что это открытие перевернёт лабораторную физику разрядов. Мало кто ожидал, что грозовой механизм можно повторить в куске пластика. Но пока есть ограничение: без внешнего источника электронов — никуда. Впрочем, в технике это решаемо.

Резюме от автора: молния внутри акрила — не фокус, а инструмент. Он позволит детально изучать процессы, которые раньше ускользали от прямого наблюдения. Ждём лабораторных экспериментов — они могут дать практические источники гамма-излучения уже в ближайшие пять-десять лет.