Na poniższym obrazku możesz zobaczyć chmurę w kształcie grzyba z eksplozji Ivy Mike w 1952 roku, pierwszej kiedykolwiek zdetonowanej bomby termojądrowej. W procesie syntezy i rozszczepiania jąder uwalnia się kolosalna energia, dzięki której dziś drżymy boimy się broni jądrowej. Niedawno okazało się, że fizycy odkryli jeszcze silniejszą energetycznie reakcję subatomową niż synteza termojądrowa, która zachodzi w skali kwarków. Na szczęście wydaje się, że nie nadaje się specjalnie do tworzenia broni.
Kiedy kilku fizyków ogłosiło odkrycie potężnego procesu subatomowego, okazało się, że naukowcy chcieli sklasyfikować odkrycie, ponieważ może być zbyt niebezpieczne dla opinii publicznej.
Czy był wybuch? Naukowcy wykazali, że dwie maleńkie cząsteczki znane jako dolne kwarki mogą teoretycznie łączyć się w potężny wybuch. Rezultat: duża subatomowa cząstka znana jako nukleon i wiązka energii rozpryskującej się we wszechświecie. Ta „eksplozja kwarków” może stać się jeszcze potężniejszym subatomowym analogiem reakcji termojądrowych, które zachodzą w jądrach bomb wodorowych.
Kwarki to maleńkie cząsteczki, które przylegają do siebie, tworząc wewnątrz atomów neutrony i protony. Występują w sześciu wersjach lub „smakach”: górna, dolna, czarująca, dziwna, najwyższa (prawdziwa) i najniższa (urocza).
Zdarzenia energetyczne na poziomie subatomowym są mierzone w megaelektronowoltach (MeV), a kiedy dwa najniższe kwarki łączą się, fizycy odkryli, że emitują one ogromne 138 MeV. Jest to około osiem razy silniejsze niż pojedyncza fuzja jądrowa, która ma miejsce w bombach wodorowych (eksplozja bomby na pełną skalę składa się z miliardów podobnych zdarzeń). Bomby wodorowe łączą ze sobą maleńkie jądra wodoru - deuter i tryt - tworząc jądra helu i potężną eksplozję. Ale każda z indywidualnych reakcji wewnątrz takiej bomby uwalnia tylko 18 MeV, zgodnie z Nuclear Weapon Archive. To znacznie mniej niż w przypadku fuzji najniższych kwarków - 138 MeV.
„Muszę przyznać, że kiedy po raz pierwszy zdałem sobie sprawę, że taka reakcja jest możliwa, przestraszyłem się” - mówi jeden z naukowców, Marek Karliner z Uniwersytetu w Tel Awiwie w Izraelu. „Na szczęście nie było tak źle”.
Przy całej sile reakcji termojądrowych pojedyncza reakcja nie jest aż tak niebezpieczna. Bomby wodorowe czerpią swoją przerażającą moc z reakcji łańcuchowych - kaskadowej fuzji wielu jąder jednocześnie.
Film promocyjny:
Carliner i Jonathan Rosner z University of Chicago ustalili, że taka reakcja łańcuchowa nie byłaby możliwa w przypadku ślicznych kwarków i przed publikacją podzielili się swoimi obawami z kolegami, którzy zgodzili się z ich wnioskiem.
„Gdybym przez mikrosekundę pomyślał o wojskowym zastosowaniu takiego procesu, nie pisałbym o tym” - mówi Carliner.
Aby wywołać reakcję łańcuchową, producenci bomb atomowych potrzebują imponującej ilości cząstek. Ważną właściwością pięknych kwarków jest to, że nie można ich gromadzić w zapasach: przestają istnieć po jednej pikosekundie po stworzeniu, aw tym czasie światło może podróżować tylko przez połowę długości granulki soli. Po tym czasie piękny kwark rozpada się na bardziej powszechny i mniej energetyczny typ cząstki subatomowej - kwark górny.
Naukowcy twierdzą, że możliwe jest stworzenie odrębnych reakcji fuzji ładnych kwarków w kilometrowej rurze akceleratora cząstek. Ale nawet wewnątrz akceleratora niemożliwe jest zgromadzenie wystarczająco dużej masy kwarków, aby spowodować jakiekolwiek szkody w świecie. Dlatego nie ma się czym martwić.
Samo odkrycie jest niewiarygodne, ponieważ było to pierwszy teoretyczny dowód na to, że cząstki subatomowe mogą być syntetyzowane wraz z uwolnieniem energii, mówi Carliner. To zupełnie nowe terytorium w fizyce najmniejszych cząstek, które zostało otwarte dzięki eksperymentowi w Wielkim Zderzaczu Hadronów w CERN.
W ten sposób fizycy doszli do tego odkrycia.
W CERN cząstki przemieszczają się wokół 27-kilometrowego pierścienia pod ziemią z prędkością światła, a następnie zderzają się. Następnie naukowcy używają potężnych komputerów do przesiewania danych z tych zderzeń, w których czasami pojawiają się dziwne cząstki. Na przykład w czerwcu dane wykazały „podwójnie zaczarowany” barion, czyli obszernego kuzyna neutronu i protonu, składający się z dwóch kuzynów „ładnych” i „czarnych” kwarków, czyli „zaczarowanych” kwarków.
Zaklęte kwarki są bardzo ciężkie w porównaniu z bardziej powszechnymi kwarkami górnymi i dolnymi, które tworzą protony i neutrony. Kiedy ciężkie cząstki wiążą się ze sobą, przekształcają dużą część swojej masy w energię wiązania, aw niektórych przypadkach pozostawiają energię, która ucieka do wszechświata.
Carliner i Rosner odkryli, że kiedy dwa zaklęte kwarki łączą się, cząstki wiążą się z energiami rzędu 130 MeV i wyrzucają 12 MeV pozostałej energii. To połączenie zaklętych kwarków było pierwszą reakcją cząstek o takiej wielkości, która wyzwoliła energię. Stała się główną tezą nowego badania opublikowanego 1 listopada w czasopiśmie Nature.
Jeszcze bardziej energetyczna fuzja dwóch pięknych kwarków, które wiążą się przy 280 MeV i wyrzucają 138 MeV, gdy się łączą, jest drugą i silniejszą z dwóch znalezionych reakcji. Chociaż pozostają teoretyczne i nieudowodnione w warunkach eksperymentalnych. Wkrótce nastąpi następny krok. Carliner ma nadzieję, że pierwsze eksperymenty demonstrujące tę reakcję zostaną przeprowadzone w CERN w ciągu najbliższych kilku lat.
Ilya Khel