På bildet nedenfor kan du se soppskyen fra Ivy Mike-eksplosjonen fra 1952, den første fusjonsbomben som noen gang er detonert. I prosessen med fusjon og fisjon av kjerner frigjøres kolossal energi, takket være at vi i dag er skjelvende redd for atomvåpen. Nylig ble det kjent at fysikere har oppdaget en enda mer energisk kraftig subatomisk reaksjon enn termonukleær fusjon, som foregår i skala fra kvarker. Heldigvis ser hun ikke ut til å være spesielt egnet for våpenhåndtering.
Da et par fysikere kunngjorde oppdagelsen av en kraftig subatomisk prosess, ble det kjent at forskere ønsket å klassifisere funnet, fordi det kan være for farlig for publikum.
Var det en eksplosjon? Forskere har vist at to bittesmå partikler kjent som dunkvark, teoretisk sett kunne sammenfalle i et kraftig utbrudd. Resultatet: en stor subatomær partikkel kjent som en nukleon og en haug med energi som spruter ut i universet. Denne "kvarkeksplosjonen" kan bli en enda kraftigere subatomær analog av termonukleære reaksjoner som oppstår i kjernene til hydrogenbomber.
Kvarker er ørsmå partikler som klamrer seg fast til hverandre for å danne nøytroner og protoner inne i atomer. De kommer i seks versjoner, eller "smaker": topp, bunn, sjarmert, merkelig, øverste (sant) og nederst (søt).
Energihendelser på det subatomære nivået måles i megaelektronvolt (MeV), og når de to laveste kvarkene smelter sammen, har fysikere funnet ut at de sender ut hele 138 MeV. Dette er omtrent åtte ganger sterkere enn den ene kjernefysiske fusjonen som oppstår i hydrogenbomber (en eksplosjon i full skala er sammensatt av milliarder av lignende hendelser). Hydrogenbomber smelter sammen ørsmå hydrogenkjerner - deuterium og tritium - for å danne heliumkjerner og en kraftig eksplosjon. Men hver av de individuelle reaksjonene inne i en slik bombe frigjør bare 18 MeV, ifølge Nuclear Weapon Archive. Dette er mye mindre enn i fusjonen av de laveste kvarkene - 138 MeV.
"Jeg må innrømme at når jeg først innså at en slik reaksjon var mulig, ble jeg redd," sier en av forskerne, Marek Karliner ved Tel Aviv-universitetet i Israel. "Heldigvis var det ikke så ille."
Med all kraft av fusjonsreaksjoner, er en enkelt reaksjon ikke så farlig. Hydrogenbomber henter sin fryktinngytende kraft fra kjedereaksjoner - den sammenfallende fusjonen av mange kjerner på en gang.
Salgsfremmende video:
Carliner og Jonathan Rosner fra University of Chicago bestemte at en slik kjedereaksjon ikke ville være mulig med søte kvarker, og før publisering delte de sine bekymringer med kolleger som var enige i deres konklusjon.
"Hvis jeg tenkte på et mikrosekund om den militære bruken av en slik prosess, ville jeg ikke skrevet om den," sier Carliner.
For å utløse en kjedereaksjon trenger kjernefysiske bombeprodusenter en imponerende tilførsel av partikler. En viktig egenskap med vakre kvarker er at de ikke kan samles i aksjer: de slutter å eksistere ett picosekund etter opprettelsen, og i løpet av denne tiden kan lys bare reise halvparten av lengden på et saltgranulat. Etter den tid forfaller den vakre kvarken til en mer vanlig og mindre energisk type subatomisk partikkel - opp-kvarken.
Det er mulig å skape separate reaksjoner av fusjon av pene kvarker i et kilometer langt rør av en partikkelakselerator, sier forskerne. Men selv inne i gasspedalen er det umulig å samle en stor nok masse kvarker til å forårsake noen skade på verden. Derfor er det ingenting å bekymre seg for.
Selve oppdagelsen er utrolig fordi det var det første teoretiske beviset på at subatomære partikler kan syntetiseres med frigjøring av energi, sier Carliner. Dette er et helt nytt territorium i fysikken til de minste partiklene, som ble åpnet takket være et eksperiment på Large Hadron Collider på CERN.
Slik kom fysikere til dette funnet.
På CERN reiser partikler rundt en 27 kilometer lang ring under jorden med lysets hastighet og kolliderer deretter. Forskere bruker deretter kraftige datamaskiner for å sile gjennom dataene fra disse kollisjonene, og underlige partikler vises noen ganger i disse dataene. I juni viste for eksempel dataene en "dobbelt sjarmert" baryon, eller en voluminøs fetter av nøytronet og protonen, bestående av to søskenbarn av de "pene" og "opp" kvarkene - de "sjarmerte" kvarkene.
Sjarmerte kvarker er veldig tunge sammenlignet med de mer vanlige opp- og ned-kvarkene som utgjør protoner og nøytroner. Og når tunge partikler binder seg til hverandre, konverterer de en stor del av massen til bindende energi, og i noen tilfeller etterlater energi som slipper ut i universet.
Carliner og Rosner fant ut at når to sjarmerte kvarker smelter sammen, binder partiklene seg med energier i størrelsesorden 130 MeV og skyter ut 12 MeV av den gjenværende energien. Denne fusjonen av sjarmerte kvarker var den første partikkelreaksjonen i denne størrelsesorden for å frigjøre energi. Hun ble hovedoppgaven til en ny studie publisert 1. november i tidsskriftet Nature.
Den enda mer energiske fusjonen av to pene kvarker, som binder seg ved 280 MeV og kaster ut 138 MeV når de smelter sammen, er den andre og kraftigste av de to reaksjonene som er funnet. Mens de forblir teoretiske og uprovoserte under eksperimentelle forhold. Neste trinn vil komme i løpet av kort tid. Carliner håper at de første eksperimentene som demonstrerer denne reaksjonen vil bli utført på CERN de neste årene.
Ilya Khel
