球状闪电是怎样炼成的？他们用羲和激光装置造了个“能量球”
球状闪电是怎样炼成的？他们用羲和激光装置造了个“能量球”
“它在我们的头顶上轻盈地飘动着，身后拖着一条发出暗红色光芒的尾迹，它的飞行路线变幻不定，那尾迹在我们上方划出了一条令人迷惑的复杂曲线。”——刘慈欣科幻小说中的这段描述，曾让无数读者对球状闪电充满遐想。
在现实中，球状闪电同样长期笼罩着神秘色彩。两百多年来，从法拉第、特斯拉到诺贝尔物理学奖得主卡皮查，许多科学家都试图解释这一奇异现象的能量来源和形态维持机制，但始终缺乏可重复、可精确诊断的实验验证。
如今，这一谜题或许有了答案。
中国 科学院 上海光学精密机械研究所（以下简称上海光机所）研究员宋立伟、田野和李儒新团队，首次成功激发并捕获了一种在形状、状态和发光特性上与球状闪电高度相似的球形发光体，并证实其本质为一种电磁孤子。4月16日，相关研究成果发表在《自然-光子学》。
类球状闪电电磁孤子结构示意图。上海光机所供图，下同
从电磁孤子出发，理解神秘的球状闪电
球状闪电，被称为自然界最神秘的电磁现象之一。
在各种历史记录和目击者的口述中，球状闪电通常悬浮于空气中，直径多为几十厘米，寿命可长达数秒至数分钟。与普通闪电相比，球状闪电既稀少，又难以预测，往往随机出现在某个角落。因此，球状闪电极难被精密的科学仪器直接观测，更难针对其背后的物理机制开展系统研究。
它为何能在空气中维持而不迅速耗散？又如何保持相对稳定的球形结构？这些问题始终是球状闪电研究的核心。
“这是一种十分特殊的存在，明明是一团高温等离子体，却没有立刻炸开。”田野说，“这种看似矛盾的状态，背后很可能存在一种精妙的动态平衡：电磁辐射压与等离子体热压相互抗衡，使它得以在一定时间内维持稳定形态。”
此前有理论研究提出，球状闪电可解释为微波电磁孤子的宏观表现形式。所谓电磁孤子，可以理解为一种能够“自我约束”的稳定波动结构。它由高温等离子体构成，在没有外部能量持续维持的情况下，仍能在一定时间内保持自身结构并缓慢演化。
如果这一设想成立，那么破解球状闪电之谜的关键，就是在实验中获得尺度更大、寿命更长的电磁孤子，并看清它是如何形成和演化的。
事实上，自20世纪90年代以来，科学家们已在超强激光与等离子体实验中观测到电磁孤子。不过，这类孤子的持续时间通常只有皮秒量级，尺寸也仅为微米量级，与自然界中的球状闪电相距甚远。
“我们认为，如果将驱动源从传统近红外波段拓展至波长更长的太赫兹波段，理论上可产生尺度更大、寿命更长的宏观电磁孤子，使其更接近自然界球状闪电的特征。”共同第一作者、上海光机所副研究员周楚亮告诉《中国科学报》。
顺着这个思路，团队开始了探索。