央广网北京4月16日消息（总台中国之声记者朱敏）据中央广播电视总台中国之声报道，球状闪电被称为自然界最神秘的电磁现象之一。两百多年来，人类不断目击这种悬浮于空气中的发光球体，其直径通常为几十厘米，寿命可长达数秒至数分钟，远超普通闪电。
然而，由于球状闪电总是随机出现，其能量来源与形态维持机制始终是难解之谜，包括法拉第、特斯拉与诺贝尔物理学奖得主卡皮查在内的众多著名科学家都曾尝试给出解释，但核心问题始终悬而未决：一团炽热等离子体的能量如何在空气中维持而不迅速耗散？又是什么机制将其束缚成稳定的球形结构？尽管科学家们提出了微波空泡模型等多种理论假说，但始终缺乏可重复、可精确诊断的实验加以验证。正因如此，球状闪电既是严肃的物理学前沿难题，也是一道从科学实验室到科幻作者笔下、穿越科学与文学边界的世纪执念。
球状电磁孤子封面艺术图
近日，中国科学院上海光学精密机械研究所的研究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自然界球状闪电高度相似的球形发光体。研究表明，其本质为一种电磁孤子。这一成果为揭示球状闪电的神秘面纱提供了关键的实验基础。相关研究成果于北京时间2026年4月16日刊发在国际学术期刊《自然·光子学》。
什么是电磁孤子？电磁孤子是一种能够自我约束的稳定波动结构，其本质为被等离子体空腔俘获并局域化的电磁场能量本征态，可在无外场维持条件下实现能量形态的自持演化。球状闪电正是这样的存在：明明是一团高温等离子体，却没有瞬间炸开，而是聚成球形，稳定存在数秒至数分钟。这种看似矛盾的状态，本质是辐射压与等离子体热压达成的一种精妙动态平衡。
实验原理示意图，超快激光脉冲照射到纳米针尖上形成一个强场单周期太赫兹表面波，随后传导到纳米尖端形成近场局域增强电磁场。此时在氩气氛围中电离并形成一个“类球状闪电”的电磁孤子，并能够存在较长时间。
如何将电磁孤子“做大”至宏观尺度？研究团队跳出可见光激光路径，转向长波太赫兹波段。依托团队在强激光驱动丝波导太赫兹源领域的长期积累，团队利用纳米尖端的近场增强效应，将激光驱动金属丝产生的太赫兹表面波导引至纳米级针尖，借助其亚波长约束特性（约50nm），在局域区域实现了场强超过10GV/m的相对论级强度太赫兹近场，为亚毫米尺度电磁孤子的产生提供了高质量的驱动源。同步引入超音速气体喷流，将高密度氩气注入针尖近场区。在强太赫兹场作用下，气体被迅速电离，形成参数可控的等离子体环境。随后电磁辐射压推动等离子体形成一层致密的等离子体壳——如同一个无形的光之茧，将部分电磁能量囚禁在内，最终形成一个直径约400微米、寿命长达百纳秒的发光球，远超普通热等离子体的存在时间。实验中，这个“能量球”缓慢膨胀，发出的光谱覆盖从紫外到红外的宽波段，完全符合理论预言的“电磁孤子”行为。经物理标度变换，该孤子可对应自然界中直径几十厘米、持续数秒的“球状闪电”。
研究团队合影从左到右分别是：齐荣（博士），张冬冬（博士后），周楚亮（副研究员），田野（研究员），宋立伟（研究员），白亚锋（副研究员）
该研究不仅为破解球状闪电这一科学悬案提供了关键实验证据，也揭示了极端电磁能量约束的基础物理机制，为聚变能源、高能量密度物理及能量存储等相关领域研究提供了新的参考。
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