Par fizičara najavio je otkriće subatomskog događaja toliko snažnim da su se istraživači pitali je li preopasno za javno objavljivanje.
Eksplozivni događaj? Dvojac je pokazao da se dvije sitne čestice poznate kao donji kvarkovi teoretski mogu spojiti zajedno u snažnom bljesku. Rezultat: veća subatomska čestica, druga, rezervna čestica poznata kao nukleon i čitav nered energije koja se izlijeva u svemir. Ova "kvarksplozija" bila bi još snažniji subatomski analog pojedinačnih reakcija nuklearne fuzije koje se odvijaju u jezgrama vodikovih bombi.
Kvarkovi su sitne čestice koje se obično nalaze kako se slože i čine neutrone i protone unutar atoma. Dolaze u šest verzija ili „okusa“: gore, dolje, odozdo, odozdo, čudno i šarm.
Energetski događaji na subatomskoj razini mjere se u megaelektronvoltima (MeV), a kada se dva donja kvarka stapaju, otkrili su fizičari, stvaraju nevjerojatnih 138 MeV. To je oko osam puta snažnije od jednog od pojedinačnih događaja nuklearne fuzije koji se odvijaju u vodikovim bombama (puna eksplozija bombi sastoji se od milijardi tih događaja). H-bombe spajaju zajedno malene jezgre vodika poznate kao deuteroni i tritoni kako bi stvorili jezgre helija, zajedno s najmoćnijim eksplozijama u ljudskom arsenalu. Ali svaka od tih pojedinačnih reakcija unutar bombi ispušta samo oko 18 MeV, prema Arhivu nuklearnog oružja, web stranici posvećenoj prikupljanju istraživanja i podataka o nuklearnom oružju. To je daleko manje od osigurača sa 138 MeV.
"Moram priznati da sam se, kad sam prvi put shvatio da je takva reakcija moguća, uplašio", rekao je ko-istraživač Marek Karliner sa sveučilišta Tel Aviv u Izraelu za Live Science. "Ali, srećom, to je poni u jednom triku."
Koliko god moćne bile fuzijske reakcije, ni jedan sam slučaj fuzije uopće nije opasan. Vodikove bombe svoju ogromnu snagu dobivaju iz lančanih reakcija - kaskadne fuzije puno i puno jezgara odjednom.
Karliner i Jonathan Rosner, sa Sveučilišta u Chicagu, zaključili su da takva lančana reakcija neće biti moguća kod donjih kvarkova, i prije objavljivanja privatno su podijelili svoj uvid s kolegama koji su se složili.
"Da sam za mikrosekundu mislio da to ima ikakvu vojnu primjenu, ne bih je objavio", rekao je Karliner.
Da bi pokrenuli lančanu reakciju, proizvođačima nuklearnih bombi potrebne su velike zalihe čestica. A važno svojstvo donjih kvarkova onemogućuje im skladištenje zaliha: oni izlaze iz postojanja samo 1 pikosekundu nakon što su stvoreni, ili otprilike u vremenu koje je potrebno da putuje pola duljine jednog zrna soli. Nakon tog vremenskog razdoblja, oni propadaju u daleko češću i manje energičnu vrstu subatomske čestice, poznate kao gornji kvark.
Znanstvenici su mogli stvoriti pojedinačne fuzijske reakcije donjih kvarkova unutar ubrzavanja čestica dugačkih milja. Ali čak ni unutar akceleratora, čovjek nije mogao sakupiti dovoljno veliku masu kvarkova da bi napravili bilo kakvu štetu u svijetu, rekli su istraživači. Dakle, nema potrebe brinuti se o donjim bombama s kvarkovima.
Otkriće je uzbudljivo, jer je to prvi teoretski dokaz da je moguće spojiti subatomske čestice na način koji oslobađa energiju, rekao je Karliner. To je potpuno novi teritorij u fizici vrlo sitnih čestica, omogućen eksperimentom u velikom hadronskom sudaraču u CERN-u, ogromnom laboratoriju za fiziku čestica u blizini Ženeve.
Evo kako su fizičari napravili ovo otkriće.
Kod CERN-a, čestice se uvijaju oko podzemnog prstena dugog 17 kilometara (brzinom od 27 kilometara) pri brzini svjetlosti prije nego što se zabijaju jedna u drugu. Znanstvenici zatim koriste moćna računala kako bi prosijali podatke iz tih sudara, a iz tog istraživanja ponekad nastaju čudne čestice. U lipnju se nešto posebno neobično pojavilo u podacima jednog od tih sudara: "dvostruko šarmirani" barion, ili glomazni rođak neutrona i protona, koji se sastoji od dva rođaka kvarta "dno" i "vrh". poznati kao "šarm" kvarkovi.
Sada su kvarkovi šarma vrlo teški u usporedbi s uobičajenijim kvarkovima gore i dolje koji čine protone i neutrone. A kada se teške čestice vežu zajedno, veliki dio svoje mase pretvaraju u energiju vezanja, a u nekim slučajevima proizvode gomilu preostale energije koja bježi u svemir.
Kad se dva kvarka spajaju, Karliner i Rosner su pronašli, čestice se vežu s energijom od oko 130 MeV i ispaljuju 12 MeV preostale energije (oko dvije trećine energije fuzije deuteron-tritona). Ta šarmantna fuzija bila je prva reakcija čestica ove ljestvice koja je ikada otkrila da na taj način emitira energiju, a glavni je rezultat nove studije, objavljene jučer (1. studenog) u časopisu Nature.
Još energičnija fuzija dvaju dna kvarka, koji se vežu s energijom od 280 MeV i ispljune 138 MeV kad se spoje, drugo je i snažnije od dvije otkrivene reakcije.
Do sada su ove reakcije u potpunosti teoretske i nisu dokazane u laboratoriju. Međutim, uskoro bi trebao doći sljedeći korak. Karliner je rekao da očekuje prve eksperimente koji će ovu reakciju pokazati na CERN-u u narednih nekoliko godina.
Napomena urednika: Ovaj je članak ažuriran kako bi ispravio izjavu koja kaže da gornji kvarkovi čine neutrone i protone. Gore i dolje kvarkovi čine protone i neutrone.
