Para ilmuwan di Institute of Science and Technology Austria telah mengembangkan teknik menggunakan sinar laser yang saling silang untuk menjebak dan mengisi partikel aerosol tunggal, mengamati perubahan listriknya secara real-time. Metode ini, yang dirinci dalam Physical Review Letters, meniru proses di dalam awan badai dan dapat mengungkap bagaimana petir dimulai. Partikel yang bersinar mengungkap kehilangan elektron dan ledakan muatan mendadak melalui proses dua foton.
Peneliti yang dipimpin oleh mahasiswa PhD Andrea Stöllner dan Asisten Profesor Scott Waitukaitis di ISTA telah menciptakan pengaturan pinset optik dengan dua sinar laser yang disejajarkan dengan presisi. Sinar-sinar ini bertemu untuk menahan satu bola silika transparan, model untuk kristal es awan, dalam perangkap stabil di dalam wadah tertutup. Sistem ini, yang dibangun selama hampir empat tahun, sekarang mempertahankan partikel selama berminggu-minggu, peningkatan besar dari penangkapan awal tiga menit dua tahun lalu.
Laser mengisi partikel netral awal melalui proses dua foton, di mana penyerapan dua foton secara bersamaan mengeluarkan elektron, memberikan muatan positif. Saat paparan berlanjut, cahaya partikel menunjukkan pengisian progresif, memungkinkan kontrol presisi dengan menyesuaikan daya laser. Stöllner mencatat, 'Kita sekarang dapat mengamati evolusi satu partikel aerosol secara presisi saat ia terisi dari netral menjadi sangat bermuatan dan menyesuaikan daya laser untuk mengontrol laju'.
Secara tak terduga, partikel yang sangat bermuatan melepaskan muatan dalam ledakan mendadak, menunjukkan pelepasan spontan mirip dengan yang ada di awan petir. Badai petir menampilkan kristal es yang bertabrakan dan bertukar muatan, menyebabkan ketidakseimbangan listrik dan petir. Teori saat ini memperdebatkan apakah kristal es atau sinar kosmik menyediakan percikan awal, tetapi medan listrik awan tampak tidak mencukupi sendirian. Stöllner menjelaskan, 'Pengaturan baru kami memungkinkan kami mengeksplorasi teori kristal es dengan memeriksa dinamika pengisian partikel secara dekat dari waktu ke waktu'.
Meskipun partikel lab lebih kecil daripada kristal es alami, tim berharap pengamatan ini menerangi elektrifikasi atmosfer yang lebih besar. Stöllner mengingat kesuksesan pertamanya: 'Pertama kali saya menangkap partikel, saya sangat gembira'. Meja anti-getaran memastikan presisi, melindungi sinar laser hijau dari gangguan.
Pekerjaan ini, yang ditulis bersama dengan Isaac Lenton dan lainnya, muncul di Physical Review Letters (2025; 135 (21)). Ini memajukan pemahaman peran partikel awan dalam cuaca ekstrem.