Par fizikov je razkril odkritje subatomskega dogodka tako močno, da so se raziskovalci spraševali, ali je preveč nevaren za javno objavo.
Eksplozivni dogodek? Dvoboj je pokazal, da se lahko dva drobna delca, znana kot spodnji kvarki, teoretično zlijeta skupaj v bliskoviti bliskavici. Rezultat: večji subatomski delci, drugi, rezervni delci, znani kot nukleon, in cel nered energije, ki se razliva v vesolje. Ta "kvarksplozija" bi bila še močnejši subatomski analog posameznih reakcij jedrske fuzije, ki potekajo v jedrih vodikovih bomb.
Kvarki so drobni delci, ki jih običajno najdemo skupaj, da sestavljajo nevtrone in protone znotraj atomov. Na voljo so v šestih različicah ali "okusih": gor, dol, vrh, spodaj, čudno in očarljivo.
Energetski dogodki na subatomskem nivoju se merijo v megaelektronvoltih (MeV), in ko se fizikalisti odkrijejo dva spodnja kvarka, ustvarijo ogromnih 138 MeV. To je približno osemkrat močnejše od enega izmed posameznih dogodkov jedrske fuzije, ki se odvijajo v vodikovih bombah (eksplozija polnih razsežnosti je sestavljena iz milijard teh dogodkov). H-bombe združujejo drobna vodikova jedra, znana kot deuteroni in tritoni, da ustvarijo helijeva jedra, skupaj z najmočnejšimi eksplozijami v človeškem arzenalu. Po podatkih Nuclear Weapon Archive, spletnega mesta, namenjenega zbiranju raziskav in podatkov o jedrskem orožju, pa vsaka od teh reakcij znotraj bomb sprosti le približno 18 MeV. To je veliko manj kot zagonski spodnji kvarki '138 MeV.
"Priznati moram, da sem se, ko sem prvič ugotovil, da je takšna reakcija mogoča, prestrašil," je za Live Science povedal soraziskovalnik Marek Karliner z univerze v Tel Avivu v Izraelu. "Ampak na srečo gre za ponoven trikotnik."
Tako močne kot so fuzijske reakcije, en sam primer fuzije sploh ni nevaren. Vodikove bombe dobivajo svojo ogromno moč iz verižnih reakcij - kaskadno zlivanje sklopov in veliko jeder naenkrat.
Karliner in Jonathan Rosner z univerze v Chicagu sta ugotovila, da takšna verižna reakcija pri spodnjih kvarkih ne bo mogoča, in sta pred objavo zasebno vpogledala s kolegi, ki so se strinjali.
"Če bi za mikrosekundo mislil, da ima to vojaške aplikacije, tega ne bi objavil," je dejal Karliner.
Za sprožitev verižne reakcije proizvajalci jedrskih bomb potrebujejo velike zaloge delcev. Pomembna lastnost spodnjih kvarkov onemogoča zaloge: Izpuščajo se samo 1 pikosekundo po tem, ko so jih ustvarili, ali približno v času, ki je potreben, da prevozi polovico dolžine posameznega zrna soli. Po preteku tega obdobja razpadejo v veliko bolj pogosto in manj energijsko vrsto subatomskih delcev, znanih kot gorski kvark.
Znanstveniki menijo, da je mogoče ustvariti enotne fuzijske reakcije spodnjih kvarkov znotraj kilometrov pospeševalcev delcev. Toda tudi znotraj pospeševalnika ni bilo mogoče sestaviti dovolj velike mase kvarkov, da bi na svetu naredili kakršno koli škodo. Torej ni treba skrbeti za spodnje bombe.
Odkritje je navdušujoče, saj je to prvi teoretični dokaz, da je mogoče subatomske delce združiti na načine, ki sproščajo energijo, je dejal Karliner. To je povsem novo ozemlje v fiziki zelo drobnih delcev, ki ga je omogočil poskus na velikem hadronskem trkalniku v CERN-u, ogromnem laboratoriju za fiziko delcev v bližini Ženeve.
Tu so fiziki izvedli to odkritje.
Pri CERN-u se delci zadrgnejo okoli 27 kilometrov podzemnega obroča s skoraj svetlobno hitrostjo, preden se med seboj razbijejo. Znanstveniki nato z zmogljivimi računalniki presejejo podatke iz teh trkov, iz te raziskave pa včasih nastanejo čudni delci. V juniju se je v podatkih iz enega od teh trkov zgodilo nekaj še posebej čudnega: "dvojno očarljiv" barion ali zajeten bratranec nevtrona in protona, ki ga sestavljata dva bratranca kvartov "spodaj" in "zgoraj". znani kot "šarmantni" kvarki.
Zdaj so šarmantni kvarki zelo težki v primerjavi s pogostejšimi kvarki navzgor in navzdol, ki sestavljajo protone in nevtrone. Ko se težki delci vežejo skupaj, velik del svoje mase pretvorijo v vezno energijo in ponekod ustvarijo kup preostale energije, ki pobegne v vesolje.
Ko sta Karliner in Rosner ugotovila, da sta dva očarljiva kvarka vezana, se delci vežejo z energijo približno 130 MeV in izpustijo 12 MeV preostale energije (približno dve tretjini energije fuzije devtrona-tritona). Ta očarljiva fuzija je bila prva reakcija delcev v tej lestvici, ki so kdaj koli oddali energijo, in je glavni rezultat nove študije, objavljene včeraj (1. novembra) v reviji Nature.
Še bolj energična fuzija dveh spodnjih kvarkov, ki se vežeta z energijo 280 MeV in izplujeta 138 MeV, ko se zlijeta, je druga in močnejša od obeh odkritih reakcij.
Do sedaj so te reakcije povsem teoretične in niso bile dokazane v laboratoriju. Ta naslednji korak pa bi moral kmalu priti. Karliner je dejal, da pričakuje, da bodo prvi poskusi pokazali to reakcijo pri CERN-u v naslednjih nekaj letih.
Opomba urednika: Ta članek je bil posodobljen, da bi popravil izjavo, da zgornji kvarki sestavljajo nevtrone in protone. Zgornji in spodnji kvarki sestavljajo protone in nevtrone.
