تخزّن السحابة الرعدية الكهرباء كما تخزّن البطارية قبل أن تنطلق شرارة. يمكن أن تفرّغ شحنتها بطريقتين: إما ببرق، أو بتوليد جسيمات ذات شحنة صغيرة جدًا — تُعرف باسم الجسيمات الميلي-مشحونة (millicharged particles). هذه الجسيمات شبه غير مرئية للأجهزة، لكن يمكن التقاط أثرها من خلال تواتر وميض البروق.
قارن مؤلفو الدراسة العواصف الرعدية على كواكب مختلفة في النظام الشمسي. وتبيّن أن العواصف الرعدية في الغلاف الجوي لزحل هي التي توفّر أفضل القيود على الجسيمات الميلي-مشحونة. إذا كانت السحب هناك طبقية، فإن شحنة هذه الجسيمات يجب أن تكون أكبر من واحد على عشرة سكستيليون ($10^{-24}$) من شحنة الإلكترون. هذه هي أقوى القيود حتى اليوم على الجسيمات البوزونية.
الفكرة بسيطة: إذا وُلدت جسيمات ميلي-مشحونة في العاصفة الرعدية، فإنها تحمل معها طاقة، فيقلّ عدد البروق. وبمقارنة عدد البروق التي نراها مع العدد المتوقع، يمكننا حساب أي الجسيمات قد تكون سرقت الطاقة. وهكذا تتحوّل عاصفة رعدية عادية إلى مختبر للبحث عن فيزياء جديدة.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2603.05338
We investigate the production of millicharged particles (mCPs) by the Schwinger mechanism in thunderstorms in the atmospheres of different planets in the Solar system. We consider a thundercloud as a giant capacitor that can be discharged in two ways: either by lightnings or by mCP production. Taking into account the observation of lightning strikes, we establish the constraints on the charge and mass of mCPs. We examine two types of cloud configurations: a simple arrangement of two clouds, and a more complex layered structure that gives rise to potential wells. In the latter case, we take into account the effects of Bose enhancement for scalar mCPs, and Pauli blocking for fermionic ones. We use the observational data of planetary atmospheres obtained by satellite missions to establish constraints on the charge and mass of mCP particles. The best constraints came from the observation of thunderstorms in Saturn's atmosphere under an assumption of layered cloud structure: $$q > 10^{-24}$$ for bosonic mCPs. These constraints for bosons are, to the best of our knowledge, the best in the literature.
شحنة مقدارها $10^{-24}$ من شحنة الإلكترون صغيرة جدًا لدرجة أنه على مسافة متر واحد، فإن مثل هذا الجسيم سينجذب إلى إلكترون عادي بقوة أضعف بمليار مرة من قوة التجاذب بين إلكترونين.
في مسلسل «المادة المظلمة»، الجسيمات ذات الشحنة الكسرية هي مفتاح فهم القطاع الخفي للكون.