În imaginea de mai jos, puteți vedea norul de ciuperci din explozia Ivy Mike din 1952, prima bombă de fuziune detonată vreodată. În procesul de fuziune și fisiune a nucleelor, energia colosală este eliberată, datorită căreia astăzi ne temem tremur de armele nucleare. Recent s-a știut că fizicienii au descoperit o reacție subatomică și mai puternică din punct de vedere energetic decât fuziunea termonucleară, care are loc pe scara quarkurilor. Din fericire, nu pare să fie deosebit de potrivită pentru confecționarea armelor.
Când câțiva fizicieni au anunțat descoperirea unui proces subatomic puternic, a devenit cunoscut faptul că oamenii de știință doresc să clasifice descoperirea, deoarece aceasta ar putea fi prea periculoasă pentru public.
A existat o explozie? Oamenii de știință au arătat că două particule minuscule cunoscute sub denumirea de „quark down”, teoretic, s-ar putea coala într-o explozie puternică. Rezultatul: o mare particulă subatomică cunoscută sub numele de nucleon și o grămadă de energie stropind în univers. Această „explozie de quark” ar putea deveni un analog subatomic și mai puternic al reacțiilor termonucleare care apar în nucleele bombelor cu hidrogen.
Quark-urile sunt particule minuscule care se agață între ele pentru a forma neutroni și protoni în interiorul atomilor. Acestea vin în șase versiuni sau „arome”: de sus, de jos, fermecate, ciudate, de top (adevărate) și de jos (adorabile).
Evenimentele energetice la nivel subatomic sunt măsurate în megaelectronvolți (MeV), iar atunci când cele două cele mai mici quarkuri se contopesc, fizicienii au descoperit că emite 138 MeV. Aceasta este de aproximativ opt ori mai puternică decât fuziunea nucleară unică care are loc în bombele cu hidrogen (o explozie de bombă la scară completă este compusă din miliarde de evenimente similare). Bombele de hidrogen fuzionează împreună nuclee minuscule de hidrogen - deuteriu și tritiu - pentru a forma nuclee de heliu și o explozie puternică. Dar, fiecare dintre reacțiile individuale din interiorul unei astfel de bombe eliberează doar 18 MeV, conform Arhivei Armelor Nucleare. Acest lucru este mult mai mic decât în fuziunea celor mai scăzute quarks - 138 MeV.
„Trebuie să recunosc, când mi-am dat seama că o astfel de reacție a fost posibilă, m-am speriat”, spune unul dintre oamenii de știință, Marek Karleiner de la Universitatea Tel Aviv din Israel. "Din fericire, nu a fost atât de rău".
Cu toată puterea reacțiilor de fuziune, o singură reacție nu este atât de periculoasă. Bombele cu hidrogen își extrag puterea terifiantă din reacțiile în lanț - fuziunea în cascadă a multor nuclee simultan.
Video promotional:
Carliner și Jonathan Rosner de la Universitatea din Chicago au stabilit că o astfel de reacție în lanț nu va fi posibilă cu quark-uri drăguțe, iar înainte de publicare și-au împărtășit preocupările cu colegii care au fost de acord cu concluzia lor.
„Dacă m-aș gândi la microsecunde despre utilizarea militară a unui astfel de proces, nu aș scrie despre asta”, spune Carliner.
Pentru a declanșa o reacție în lanț, producătorii de bombe nucleare au nevoie de o sursă impresionantă de particule. O proprietate importantă a unor quark-uri destul de mari este aceea că acestea nu pot fi colectate în stocuri: acestea încetează să existe după un picosecund după creare, iar în acest timp lumina poate călători doar jumătate din lungimea unei granule de sare. După acea perioadă, destul de quark se descompune într-un tip mai comun și mai puțin energic de particule subatomice - quark-ul.
Este posibil să se creeze reacții separate de fuziune a unor quark-uri frumoase într-un tub lung de un kilometru al unui accelerator de particule, spun ei. Dar chiar și în interiorul acceleratorului este imposibil să acumulezi o masă suficient de mare de quark pentru a provoca daune lumii. Prin urmare, nu este nimic de care să vă faceți griji.
Descoperirea în sine este incredibilă, deoarece a fost prima dovadă teoretică că particulele subatomice pot fi sintetizate cu eliberarea de energie, spune Carliner. Acesta este un teritoriu complet nou în fizica celor mai mici particule, care a fost deschis datorită unui experiment efectuat la Colizorul de Hadroni de la CERN.
Așa au ajuns fizicienii la această descoperire.
La CERN, particulele circulă în jurul unui inel de 27 de kilometri în subteran cu viteza luminii și apoi se ciocnesc. Oamenii de știință folosesc apoi computere puternice pentru a analiza datele din aceste coliziuni, iar particule ciudate apar uneori în aceste date. În iunie, de exemplu, datele arătau un barion „dublu fermecat” sau un văr voluminoasă al neutronului și protonului, format din doi veri ai quark-ului „drăguț” și „sus” - quark-urile „fermecate”.
Quark-urile fermecate sunt foarte grele în comparație cu quark-urile mai frecvente care alcătuiesc protoni și neutroni. Și când particulele grele se leagă între ele, ele transformă o bucată mare din masa lor în energie de legătură și, în unele cazuri, lasă energie care scapă în univers.
Carliner și Rosner au descoperit că atunci când două quarkuri fermecate se contopesc, particulele se leagă cu energii de ordinul a 130 MeV și evacuează 12 MeV din energia rămasă. Această fuziune de quark-uri fermecate a fost prima reacție de particule de această mărime pentru a elibera energie. Ea a devenit teza principală a unui nou studiu publicat pe 1 noiembrie în revista Nature.
Fuziunea și mai energică a două frumoase quark-uri, care se leagă la 280 MeV și ejectează 138 MeV atunci când se contopesc, este a doua și mai puternică dintre cele două reacții găsite. În timp ce rămân teoretice și neprobate în condiții experimentale. Următorul pas va urma în curând. Carliner speră că primele experimente care demonstrează această reacție vor fi efectuate la CERN în următorii câțiva ani.
Ilya Khel
