约瑟夫·德怀尔的飞机错误地转入雷暴云时，这个错误得到了回报：这位大气物理学家不仅飞越了一场可怕的风暴，还飞入了一片意想不到的——且神秘的——反物质薄雾中。
尽管已知强烈的风暴会产生正电子——电子的反物质版本——但德怀尔及其团队观察到的反物质无法用任何已知的过程来解释，他们说。“这太奇怪了，以至于我们对这个观察结果研究了好几年，”德怀尔说，他在达勒姆的新罕布什尔大学工作。
飞行发生在六年前，但该团队现在才报告结果（J. R. Dwyer et al. J. Plasma Phys.；即将发表）。“这个观察结果是个谜，”美国宇航局马歇尔太空飞行中心位于阿拉巴马州亨茨维尔的物理学家迈克尔·布里格斯说，他没有参与这份报告。
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反物质的一个关键特征是，当它的一个粒子与其普通物质对应物接触时，两者都会立即转化为其他粒子，这个过程被称为湮灭。这使得反物质极其稀有。然而，长期以来人们都知道，正电子是由放射性原子的衰变和天体物理现象产生的，例如宇宙射线从外太空坠入大气层。在过去的十年里，德怀尔和其他人的研究表明，风暴也会产生正电子，以及高能光子或γ射线。
为了研究这种大气γ射线，当时在墨尔本佛罗里达理工学院的德怀尔在一架湾流V型飞机上安装了一个粒子探测器，这种飞机通常被商业主管使用。2009年8月21日，飞行员转向雷达剖面看起来像是佐治亚海岸的方向。“但实际上，那是一连串的雷暴——我们正飞过它，”德怀尔说。飞机剧烈地来回滚动，并突然向下俯冲。“我真的以为我要死了。”
在那令人恐惧的几分钟里，探测器捕捉到了三个γ射线峰值，能量为511千电子伏特，这是正电子与电子湮灭的特征。
德怀尔和他的合作者说，每个γ射线峰值持续约五分之一秒，并伴有一些能量略低的γ射线。该团队得出结论，这些γ射线是由于传播了一段距离而损失了能量，并计算出飞机周围环绕着一个短暂的正电子云，直径为1-2公里。但是，弄清楚是什么产生了这样的云已被证明是困难的。“我们花了五年时间来模拟正电子的产生，”德怀尔说。
从带电云层释放的电子加速到接近光速，并能产生高能γ射线，这些γ射线反过来可以在撞击原子核时产生电子-正电子对。但是，该团队没有探测到足够能量的γ射线来做到这一点。
另一种可能的解释是，正电子起源于宇宙射线，宇宙射线是来自外太空的粒子，与高层大气中的原子碰撞，产生短暂的高能粒子阵雨，包括γ射线。“总是有像毛毛雨一样的正电子，”德怀尔说。原则上，可能存在某种机制将正电子引导到飞机上，他说。但是正电子的运动会产生其他类型的辐射，而该团队没有看到。
该团队的数据是正电子的“确凿证据”，位于瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心粒子物理实验室的贾斯珀·柯克比说，他是一位粒子物理学家，负责一项研究宇宙射线和云层形成之间可能联系的实验。但“解释需要确定下来”。他特别指出，该团队对正电子云大小的估计没有说服力。
莫斯科列别捷夫物理研究所的大气物理学家亚历山大·古列维奇说，如果柯克比是对的，并且云层比德怀尔团队估计的要小，那可能意味着正电子仅在飞机附近，甚至在飞机本身上湮灭。机翼可能已经带电，在周围产生了极强的电场，并引发了正电子的产生。
为了回答这些和其他问题，德怀尔需要对雷暴云内部进行新的观测。为此，他和其他人正在将气球直接送入最猛烈的风暴中，美国国家科学基金会甚至计划在一架A-10“疣猪”攻击机上飞行一个粒子探测器——这是一种可以承受极端环境的装甲反坦克飞机。“雷暴的内部就像我们几乎还没有开始探索的奇异景观，”德怀尔说。
本文经许可转载，并于2015年5月12日首次发表。