Na slici ispod možete vidjeti oblak gljiva iz eksplozije Ivy Mike iz 1952., prve fuzijske bombe ikad detonirane. U procesu fuzije i fisije jezgara oslobađa se kolosalna energija, zahvaljujući kojoj se danas drhtavo bojimo nuklearnog oružja. Nedavno je postalo poznato da su fizičari otkrili još energetski snažniju subatomsku reakciju od termonuklearne fuzije, koja se odvija na skali kvarkova. Srećom, čini se da nije posebno prikladna za izradu oružja.
Kad je nekoliko fizičara objavilo otkriće snažnog subatomskog procesa, postalo je poznato da znanstvenici to otkriće žele klasificirati, jer može biti previše opasno za javnost.
Je li došlo do eksplozije? Znanstvenici su pokazali da bi dvije sitne čestice poznate kao down kvarkovi teoretski mogle spojiti u snažnom rafalu. Rezultat: velika subatomska čestica poznata kao nukleon i gomila energije koja se raspršila u svemir. Ova "eksplozija kvarka" mogla bi postati još snažniji subatomski analog termonuklearnih reakcija koje se događaju u jezgrama vodikovih bombi.
Kvarkovi su sitne čestice koje se stisnu jedna s drugom kako bi formirale neutrone i protone unutar atoma. Dolaze u šest verzija ili „okusa“: gornji, odozdo, šarmantan, čudan, najviši (istinit), a odozdo (obožavan).
Energetski događaji na subatomskoj razini mjere se u megaelektronvoltima (MeV), a kada se dva najniža kvarka spoje, fizičari su otkrili da emitiraju nevjerojatnih 138 MeV. To je otprilike osam puta jače od jednostruke nuklearne fuzije koja se događa u vodikovim bombama (eksplozija punih razmjera sastavljena je od milijardi sličnih događaja). Vodikove bombe spajaju sitne vodikove jezgre - deuterij i tritij - kako bi tvorile helijeve jezgre i snažnu eksploziju. Ali svaka pojedinačna reakcija unutar takve bombe ispušta samo 18 MeV, prema Arhivu nuklearnog oružja. To je puno manje nego u fuziji najnižih kvarkova - 138 MeV.
"Moram priznati da sam se, kad sam prvi put shvatio da je takva reakcija moguća, uplašio", kaže jedan od znanstvenika, Marek Karliner sa sveučilišta u Tel Avivu u Izraelu. "Srećom, nije sve bilo tako loše."
Sa svom snagom fuzijskih reakcija, niti jedna reakcija nije sve tako opasna. Vodikove bombe svoju zastrašujuću snagu crpe iz lančanih reakcija - kaskadne fuzije mnogih jezgara odjednom.
Promotivni video:
Carliner i Jonathan Rosner sa Sveučilišta u Chicagu odlučili su da takva lančana reakcija neće biti moguća s slatkim kvarkovima, a prije objave podijelili su zabrinutost s kolegama koji su se složili s njihovim zaključkom.
"Da sam razmišljao na mikrosekundu o vojnoj upotrebi takvog postupka, ne bih pisao o tome", kaže Carliner.
Za pokretanje lančane reakcije, proizvođačima nuklearnih bombi potrebna je impresivna zaliha čestica. Važno svojstvo lijepih kvarkova je to što se oni ne mogu sakupljati u zalihama: prestaju postojati jednu pikosekundu nakon stvaranja, a za to vrijeme svjetlost može prijeći samo pola duljine granule soli. Nakon toga, lijepi kvark se raspada u češći i manje energičan tip subatomskih čestica - gore kvark.
Znanstvenici kažu da se mogu stvoriti odvojene reakcije fuzije lijepih kvarkova u cijevi dugom kilometru u akceleratoru čestica. Ali čak ni unutar akceleratora nemoguće je nakupiti dovoljno veliku masu kvarkova da svijetu ne nanesu štetu. Stoga se nema što brinuti.
Samo otkriće je nevjerovatno jer su to bili prvi teoretski dokazi da se subatomske čestice mogu sintetizirati s oslobađanjem energije, kaže Carliner. Ovo je potpuno novi teritorij u fizici najmanjih čestica, koji je otvoren zahvaljujući eksperimentu na Velikom hadronskom sudaraču u CERN-u.
Ovako su fizičari došli do ovog otkrića.
U CERN-u čestice putuju brzinom oko 27 kilometara pod zemljom brzinom svjetlosti, a zatim se sudaraju. Znanstvenici zatim koriste moćna računala kako bi prosijali podatke tih sudara, a u tim se podacima ponekad pojavljuju čudne čestice. Na primjer, u lipnju su podaci pokazali "dvostruko šarmirani" barijon, ili glomaznog rođaka neutrona i protona, koji se sastoji od dva rođaka kvarta "lijepa" i "gore" - "šarmirana" kvarkova.
Šarmirani kvarkovi vrlo su teški u usporedbi s uobičajenijim kvarkovima prema gore i dolje koji čine protone i neutrone. I kada se teške čestice vežu jedna za drugu, oni veliki dio svoje mase pretvaraju u energiju vezanja, au nekim slučajevima ostavljaju energiju koja bježi u svemir.
Carliner i Rosner otkrili su da se, kad se dva šarmirana kvarka spoje, čestice vežu s energijama veličine 130 MeV i izbacuju 12 MeV preostale energije. Taj spoj šarmiranih kvarkova bio je prva reakcija čestica ove veličine kojom se oslobađala energija. Postala je glavna teza nove studije objavljene 1. studenog u časopisu Nature.
Još energičnija fuzija dvaju lijepih kvarkova koji se vežu na 280 MeV i izbacuju 138 MeV kad se spoje, druga je i snažnija od dvije pronađene reakcije. Iako ostaju teoretski i nedokazani u eksperimentalnim uvjetima. Sljedeći korak uslijedit će uskoro. Carliner se nada da će prvi eksperimenti koji demonstriraju ovu reakciju biti izvedeni u CERN-u tijekom sljedećih nekoliko godina.
Ilya Khel
