央廣網(wǎng)北京4月16日消息（總臺中國之聲記者朱敏）據(jù)中央廣播電視總臺中國之聲報道，球狀閃電被稱為自然界最神秘的電磁現(xiàn)象之一。兩百多年來，人類不斷目擊這種懸浮于空氣中的發(fā)光球體，其直徑通常為幾十厘米，壽命可長達數(shù)秒至數(shù)分鐘，遠超普通閃電。

然而，由于球狀閃電總是隨機出現(xiàn)，其能量來源與形態(tài)維持機制始終是難解之謎，包括法拉第、特斯拉與諾貝爾物理學(xué)獎得主卡皮查在內(nèi)的眾多著名科學(xué)家都曾嘗試給出解釋，但核心問題始終懸而未決：一團熾熱等離子體的能量如何在空氣中維持而不迅速耗散？又是什么機制將其束縛成穩(wěn)定的球形結(jié)構(gòu)？盡管科學(xué)家們提出了微波空泡模型等多種理論假說，但始終缺乏可重復(fù)、可精確診斷的實驗加以驗證。正因如此，球狀閃電既是嚴(yán)肅的物理學(xué)前沿難題，也是一道從科學(xué)實驗室到科幻作者筆下、穿越科學(xué)與文學(xué)邊界的世紀(jì)執(zhí)念。

球狀電磁孤子封面藝術(shù)圖

近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所的研究團隊首次成功激發(fā)并捕獲了一種在形狀、狀態(tài)和發(fā)光特性上與自然界球狀閃電高度相似的球形發(fā)光體。研究表明，其本質(zhì)為一種電磁孤子。這一成果為揭示球狀閃電的神秘面紗提供了關(guān)鍵的實驗基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果于北京時間2026年4月16日刊發(fā)在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》。

什么是電磁孤子？電磁孤子是一種能夠自我約束的穩(wěn)定波動結(jié)構(gòu)，其本質(zhì)為被等離子體空腔俘獲并局域化的電磁場能量本征態(tài)，可在無外場維持條件下實現(xiàn)能量形態(tài)的自持演化。球狀閃電正是這樣的存在：明明是一團高溫等離子體，卻沒有瞬間炸開，而是聚成球形，穩(wěn)定存在數(shù)秒至數(shù)分鐘。這種看似矛盾的狀態(tài)，本質(zhì)是輻射壓與等離子體熱壓達成的一種精妙動態(tài)平衡。

實驗原理示意圖，超快激光脈沖照射到納米針尖上形成一個強場單周期太赫茲表面波，隨后傳導(dǎo)到納米尖端形成近場局域增強電磁場。此時在氬氣氛圍中電離并形成一個“類球狀閃電”的電磁孤子，并能夠存在較長時間。

如何將電磁孤子“做大”至宏觀尺度？研究團隊跳出可見光激光路徑，轉(zhuǎn)向長波太赫茲波段。依托團隊在強激光驅(qū)動絲波導(dǎo)太赫茲源領(lǐng)域的長期積累，團隊利用納米尖端的近場增強效應(yīng)，將激光驅(qū)動金屬絲產(chǎn)生的太赫茲表面波導(dǎo)引至納米級針尖，借助其亞波長約束特性（約50nm），在局域區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了場強超過10GV/m的相對論級強度太赫茲近場，為亞毫米尺度電磁孤子的產(chǎn)生提供了高質(zhì)量的驅(qū)動源。同步引入超音速氣體噴流，將高密度氬氣注入針尖近場區(qū)。在強太赫茲場作用下，氣體被迅速電離，形成參數(shù)可控的等離子體環(huán)境。隨后電磁輻射壓推動等離子體形成一層致密的等離子體殼——如同一個無形的光之繭，將部分電磁能量囚禁在內(nèi)，最終形成一個直徑約400微米、壽命長達百納秒的發(fā)光球，遠超普通熱等離子體的存在時間。實驗中，這個“能量球”緩慢膨脹，發(fā)出的光譜覆蓋從紫外到紅外的寬波段，完全符合理論預(yù)言的“電磁孤子”行為。經(jīng)物理標(biāo)度變換，該孤子可對應(yīng)自然界中直徑幾十厘米、持續(xù)數(shù)秒的“球狀閃電”。

研究團隊合影從左到右分別是：齊榮（博士），張冬冬（博士后），周楚亮（副研究員），田野（研究員），宋立偉（研究員），白亞鋒（副研究員）

該研究不僅為破解球狀閃電這一科學(xué)懸案提供了關(guān)鍵實驗證據(jù)，也揭示了極端電磁能量約束的基礎(chǔ)物理機制，為聚變能源、高能量密度物理及能量存儲等相關(guān)領(lǐng)域研究提供了新的參考。