自然界中，球状闪电一直是最神秘的电磁现象之一，它如同悬浮在空中的发光球体，被人们俗称为“滚地雷”。长久以来，科学家们针对球状闪电提出了多种理论假说，但始终缺乏可重复且能精确诊断的实验来验证这些假说。
中国科学院上海光学精密机械研究所的研究团队取得了重大突破。他们首次通过人工方式，成功激发并捕获了一种球形发光体，该发光体在形状、状态和发光特性上与自然界中的球状闪电极为相似。这一成果揭示了球状闪电的本质其实是“电磁孤子”，相关论文已在国际权威学术期刊《自然·光子学》上发表。
研究团队借助高速摄像系统，捕捉到了这一奇妙现象的画面。画面中，黑暗背景下一个明亮的白色发光体被一层幽蓝的外壳紧紧包裹，形成了一个球形的能量体。这个能量体从小到大、飘忽不定，逐渐膨胀，最终慢慢变成蓝色的粗颗粒状并耗散。
上海光机所的田野研究员介绍，这层蓝色的外壳是类似太阳的燃烧等离子体，它像一个无形的“光之茧”，将电磁波包裹其中，最终形成了一个直径约百微米、寿命达百纳秒的能量球。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。经过物理标度变换，该电磁孤子可对应自然界中直径几十厘米、持续数秒的球状闪电。
此前，浙江大学武慧春教授在理论上研究认为，球状闪电可解释为电磁孤子的宏观表现形式，它由高温等离子体构成，能在数秒内维持球状形态而不快速耗散，但一直缺乏系统的物理解释与实验验证。而此次上海光机所团队的研究成果，为这一理论提供了有力的支撑。
上海光机所团队负责人宋立伟研究员表示，该项研究基于团队在“强激光驱动丝波导太赫兹源”领域的长期深耕，尤其是围绕极端太赫兹光场和非平衡物态的前沿研究，为本次突破提供了关键支撑。研究团队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，借助其亚波长约束和近场增强效应，在局域实现了相对论级强度的近场场强，为亚毫米尺度电磁孤子的产生提供了高质量的驱动源。
与此同时，团队将超音速氩气气体喷流注入针尖近场区。在强太赫兹电场作用下，气体被迅速电离为等离子体，电子和离子向外排开，中间形成一个球形空腔。球壳表面被太赫兹波推动，形成一层致密高温的等离子体壳。球形腔内的光波辐射压与球壳表面的热压，随着球体膨胀达成了一种力学平衡，将太赫兹波囚禁在内，进而形成了类似自然界的球状闪电。
业内专家认为，这一研究不仅为破解球状闪电这一科学难题提供了关键实验证据，还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的研究提供了新的参考。
