2015年颶風帕特里夏颶風襲擊了墨西哥西海岸，是西半球有史以來最強烈的熱帶氣旋。在暴風雨的極端暴力中，科學家觀察到了一些新的東西：向下的正電子束，電子的反物質對應物，產生了一連串強大的伽馬射線和X射線。2015年颶風帕特里夏颶風襲擊了墨西哥西海岸，是西半球有史以來最強烈的熱帶氣旋。在暴風雨的極端暴力事件中，科學家觀察到了一些新的東西：向下的正電子束，電子的反物質對應物，產生了強大的伽馬射線和X射線。

NOAA的颶風獵人飛機上的一臺儀器檢測到它的峰值強度飛過風暴的眼墻，正電子束對建造儀器的UC Santa Cruz科學家來說并不意外。但這是第一次有人觀察到這種現象。

根據加州大學圣克魯茲分校物理學教授大衛史密斯的說法，正電子束是向上的地面伽馬射線閃光的向下成分，它向風暴上空的空間發射了一小段輻射。1994年，天基伽馬射線探測器首次發現了地面伽馬射線閃光(TGFs)。它們與閃電一起發生，現在已經被軌道衛星觀測了數千次。通過TGFs的理論模型預測反向正電子束，但從未檢測到。

“這是該理論預測的第一次證實，它表明TGFs通過高能輻射從上到下穿透大氣層，”史密斯說。“這個事件可能是從太空中檢測到的，就像幾乎所有其他報告的TGFs一樣，是由電子雪崩引起的向上光束。我們從下面看到它是因為一束反物質(正電子)向相反的方向發射。”

5月17日發表在“地球物理研究雜志：大氣層”雜志上的這項研究的一個意想不到的暗示是，在高海拔地區使用地基儀器可以通過反向正電子束檢測到許多轉化生長因子。沒有必要飛入颶風的眼睛。

“我們在2.5公里的高度探測到它，我估計我們的探測器可以看到它低至1.5公里。這就是丹佛的海拔高度，所以如果你有一臺儀器，理論上你可以在很多地方看到它們在雷暴期間的正確時間，“史密斯說。

盡管反向正電子束得到了證實，但許多關于驅動TGFs的機制尚未得到解決。雷暴中的強電場可以使電子加速到接近光速的速度，而這些“相對論”電子在它們從大氣中的原子散射時會發射伽馬射線。電子還可以將其他電子從原子中撞出并將它們加速到高能量，從而產生相對論電子的雪崩。TGF是一種極其明亮的伽馬射線，需要大量的相對論電子雪崩。

“這是一個非同尋常的事件，我們仍然不明白它是如何變得如此明亮，”史密斯說。

然而，正電子源是物理學中眾所周知的現象，稱為對產生，其中伽馬射線與原子核相互作用產生電子和正電子。由于它們具有相反的電荷，它們通過雷暴的電場在相反的方向上加速。當它們與原子核碰撞時，向下移動的正電子在它們的行進方向上產生X射線和伽馬射線，就像向上移動的電子一樣。

“我們在飛機上看到的是向下正電子束產生的伽馬射線，”史密斯說。

現在在洛斯阿拉莫斯國家實驗室的第一作者格雷戈里鮑爾斯和現在在斯威夫特航海的合著者妮可凱利，他們都是加州大學圣克魯茲分校的研究生，他們一起研究了進行檢測的儀器。用于能量閃電發射的空中探測器(ADELE)標記II旨在通過測量飛機飛入或超過雷暴的飛機的X射線和伽馬射線來近距離觀察TGFs。

太靠近TGF可能是危險的，盡管風險隨著距離源的距離而迅速下降。史密斯說，距離一公里的伽馬射線劑量可以忽略不計。“這假設是風險，但可能性非常小，”他說。“我不會要求飛行員飛入雷陣雨，但如果他們要去，我會把一把儀器放在船上。”

史密斯小組是第一個使用早期儀器ADELE標記I從飛機上檢測TGF的組。在這種情況下，來自TGF的向上光束在雷暴之上被檢測到。在這項研究中，ADELE mark II在大西洋颶風季節期間乘坐NOAA的Hurricane Hunter WP-3D獵戶座。