O pereche de fizicieni au anunțat descoperirea unui eveniment subatomic atât de puternic încât cercetătorii s-au întrebat dacă este prea periculos pentru a face public.
Evenimentul exploziv? Duo-ul a arătat că două particule minuscule cunoscute sub numele de quarks de jos se puteau fuziona, teoretic, într-un flash puternic. Rezultatul: o particulă subatomică mai mare, o a doua particulă de rezervă cunoscută sub numele de nucleon și o întreagă mizerie de energie care se varsă în univers. Această „quarksplozion” ar fi un analog subatomic și mai puternic al reacțiilor individuale de fuziune nucleară care au loc în nucleele bombelor cu hidrogen.
Quark-urile sunt particule minuscule care se găsesc de obicei agățate împreună pentru a alcătui neutronii și protonii din interiorul atomilor. Ele vin în șase versiuni sau „arome”: sus, jos, sus, jos, ciudat și farmec.
Evenimentele energetice la nivel subatomic sunt măsurate în megaelectronvolturi (MeV), iar atunci când două quark-uri de jos fuzionează, fizicienii au găsit, acestea produc 138 MeV. Acest lucru este de aproximativ opt ori mai puternic decât unul dintre evenimentele individuale de fuziune nucleară care au loc în bombele cu hidrogen (o explozie cu bombă la scară completă constă din miliarde de evenimente). H-bombele fuzionează împreună mici nuclee de hidrogen cunoscute sub numele deuteroni și tritoni pentru a crea nuclee de heliu, împreună cu cele mai puternice explozii din arsenalul uman. Dar fiecare dintre acele reacții individuale din interiorul bombelor eliberează doar aproximativ 18 MeV, potrivit Arhivei cu Arme Nucleare, un site dedicat colectării cercetărilor și datelor despre armele nucleare. Aceasta este cu mult mai mică decât 138 MeV de quark-ul de jos de fuziune.
"Trebuie să recunosc că atunci când am realizat prima dată că o astfel de reacție a fost posibilă, m-am speriat", a declarat co-cercetătorul Marek Karliner de la Universitatea Tel Aviv din Israel. „Dar, din fericire, este un ponei cu un singur truc”.
Oricât de puternice sunt reacțiile de fuziune, o singură instanță de contopire nu este deloc periculoasă. Bombele cu hidrogen își extind puterea enormă din reacțiile în lanț - fuziunea în cascadă a multor și a multor nuclee dintr-o dată.
Karliner și Jonathan Rosner, de la Universitatea din Chicago, au stabilit că o astfel de reacție în lanț nu va fi posibilă cu quark-urile de jos și, înainte de publicare, au împărtășit privirea cu colegii care au fost de acord.
„Dacă m-aș gândi la un microsecond că aceasta are vreo aplicație militară, nu aș fi publicat-o”, a spus Karliner.
Pentru a stârni o reacție în lanț, producătorii de bombe nucleare au nevoie de stocuri mari de particule. Și o proprietate importantă a quark-urilor de jos le face imposibil de depozitat: Ele fac o clipă din existență la doar 1 picosecundă după ce sunt create, sau cam în timpul necesar pentru a călători jumătate din lungimea unui singur bob de sare. După această perioadă de timp, acestea se descompun într-un tip de particule subatomice mult mai frecvente și mai puțin energice, cunoscut sub numele de quark up.
Potrivit oamenilor de știință, ar putea fi posibil să se genereze reacții de fuziune unice ale quark-urilor de jos în interiorul acceleratorilor de particule lungi. Dar chiar și în interiorul unui accelerator, nu s-a putut asambla o masă suficient de mare de quark pentru a face vreo pagubă în lume, au spus cercetătorii. Deci nu este nevoie să vă faceți griji pentru bombele cu quark de jos.
Descoperirea este captivantă, pentru că este prima dovadă teoretică că este posibil să fuzionezi particule subatomice împreună în moduri care eliberează energie, a spus Karliner. Acesta este un teritoriu cu totul nou, în fizica particulelor foarte minuscule, făcut posibil printr-un experiment efectuat în „Big Hadron Collider” din CERN, masivul laborator de fizică a particulelor de lângă Geneva.
Iată cum au făcut fizicienii această descoperire.
La CERN, particulele se închid în jurul unui inel subteran de 17 mile (27 kilometri), la o viteză aproape ușoară, înainte de a se zgâria unul în altul. Apoi, oamenii de știință folosesc computere puternice pentru a analiza datele din aceste coliziuni, iar uneori apar particule ciudate din această cercetare. În iunie, ceva deosebit de ciudat a apărut în datele dintr-una dintre acele coliziuni: un barion „dublu fermecat”, sau un văr voluminoasă al neutronului și protonului, format în sine din doi veri ai quark-urilor „de jos” și „de sus”. cunoscute sub numele de „farmec” quark.
Acum, quark-urile de farmec sunt foarte grele în comparație cu quark-urile mai frecvente care alcătuiesc protoni și neutroni. Și atunci când particulele grele se leagă, ele transformă o bucată mare din masa lor în energie de legare și, în unele cazuri, produc o grămadă de energie rămășiță care scapă în univers.
Când două quarkuri de farmec se contopesc, Karliner și Rosner au găsit, particulele se leagă cu o energie de aproximativ 130 MeV și scuipa 12 MeV în energie rămășiță (aproximativ două treimi din energia fuziunii deuteron-triton). Acea fuziune fermecată a fost prima reacție a particulelor la această scară găsită vreodată să emită energie în acest fel și este rezultatul principal al noului studiu, publicat ieri (1 noiembrie) în revista Nature.
Fuziunea și mai energică a două quark-uri de fund, care se leagă cu o energie de 280 MeV și scuipa 138 MeV atunci când se contopește, este a doua și mai puternică dintre cele două reacții descoperite.
Până acum, aceste reacții sunt în întregime teoretice și nu au fost demonstrate într-un laborator. Totuși, următorul pas ar trebui să vină în curând. Karliner a spus că se așteaptă să vadă primele experimente care arată această reacție la CERN în următorii doi ani.
Nota editorului: Acest articol a fost actualizat pentru a corecta o afirmație spunând că quark-urile de sus formează neutroni și protoni. Quark-urile în sus și în jos formează protoni și neutroni.
