Na spodnji sliki si lahko ogledate gobji oblak iz eksplozije Ivy Mike iz leta 1952, prve eksplozijske bombe, ki je kdajkoli eksplodirala. V procesu zlivanja in delitve jeder se sprošča kolosalna energija, zahvaljujoč kateri se danes tremo bojimo jedrskega orožja. Pred kratkim je postalo znano, da so fiziki odkrili še energijsko močnejšo subatomsko reakcijo kot termonuklearna fuzija, ki poteka v merilu kvarkov. Na srečo se ji zdi, da ni posebej primerna za izdelavo orožja.
Ko je nekaj fizikov napovedalo odkritje močnega subatomskega procesa, je postalo znano, da želijo znanstveniki odkritje razvrstiti, saj bi lahko bilo za javnost preveč nevarno.
Je prišlo do eksplozije? Znanstveniki so dokazali, da bi se lahko dva močna delca, znana kot down kvarki, teoretično združila v močni porušitvi. Rezultat: velik subatomski delček, znan kot nukleon, in kup energije, ki se razliva v vesolje. Ta "eksplozija kvarkov" bi lahko postala še močnejši subatomski analog termonuklearnih reakcij, ki se pojavljajo v jedrih vodikovih bomb.
Kvarki so drobni delci, ki se oklepajo drug drugega in tvorijo nevtrone in protone znotraj atomov. Na voljo so v šestih različicah ali "okusih": zgoraj, spodaj, očarljivo, čudno, najbolj (resnično) in dno (čudovito).
Energijski dogodki na subatomski ravni se merijo v megaelektronvoltih (MeV), in ko se združita dva najnižja kvarka, so fiziki ugotovili, da oddajajo vrtoglavih 138 MeV. To je približno osemkrat močnejše od ene same jedrske fuzije, ki se dogaja pri vodikovih bombah (eksplozija polne obsega je sestavljena iz milijard podobnih dogodkov). Vodikove bombe združujejo drobna vodikova jedra - devterij in tritij -, da tvorijo helijeva jedra in močno eksplozijo. Toda vsaka od posameznih reakcij znotraj takšne bombe sprosti le 18 MeV, poroča Arhiv jedrskega orožja. To je precej manj kot pri fuziji najnižjih kvarkov - 138 MeV.
"Moram priznati, ko sem prvič ugotovil, da je takšna reakcija mogoča, sem se prestrašil," pravi eden od znanstvenikov Marek Karleiner z univerze v Tel Avivu v Izraelu. "Na srečo ni bilo vse tako hudo."
Z vso močjo fuzijskih reakcij niti ena reakcija ni vse tako nevarna. Vodikove bombe črpajo svojo grozljivo moč iz verižnih reakcij - kaskadne fuzije številnih jeder hkrati.
Promocijski video:
Carliner in Jonathan Rosner z univerze v Chicagu sta ugotovila, da takšna verižna reakcija s simpatičnimi kvarki ne bo mogoča, pred objavo pa sta svoje pomisleke delila s kolegi, ki so se strinjali z njihovim sklepom.
"Če bi za mikrosekundo mislil, da bi tak postopek lahko imel vojaške aplikacije, o tem ne bi pisal," pravi Carliner.
Proizvajalci jedrskih bomb, da sprožijo verižno reakcijo, potrebujejo impresivno zalogo delcev. Pomembna lastnost lepih kvarkov je, da jih ni mogoče zbrati v zalogah: po pikosekundi po nastanku prenehajo obstajati in v tem času lahko svetloba prepotuje le polovico dolžine solne zrnca. Po tem času simpatični kvark razpade v bolj pogost in manj energijski tip subatomskih delcev - upark.
Ustvarijo lahko ločene reakcije zlivanja simpatičnih kvarkov v kilometer dolgi cevi pospeševalnika delcev, pravijo. Toda tudi znotraj pospeševalnika je nemogoče nabrati dovolj veliko maso kvarkov, da bi lahko povzročili kakršno koli škodo svetu. Zato ni treba skrbeti.
Odkritje samo po sebi je neverjetno, saj je bilo to prvi teoretični dokaz, da je mogoče subatomske delce sintetizirati s sproščanjem energije, pravi Carliner. To je popolnoma novo ozemlje v fiziki najmanjših delcev, ki so ga odprli zahvaljujoč eksperimentu na velikem hadronskem trkalniku v CERN-u.
Tako so fiziki prišli do tega odkritja.
Pri CERN-u delci s svetlobo potujejo okoli 27-kilometrskega obroča pod zemljo in nato trčijo. Znanstveniki nato uporabljajo močne računalnike za presejanje podatkov iz teh trčenj in v teh podatkih se včasih pojavijo čudni delci. Junija so na primer podatki pokazali "dvojno očarljiv" barion ali zajetno bratranec nevtrona in protona, ki ga sestavljata dva bratranca kvarkov "lepi" in "gor" - "očarljivi" kvarki.
Očarani kvarki so v primerjavi z bolj običajnimi kvarki, ki sestavljajo protone in nevtrone, zelo težki. In ko se težki delci vežejo drug na drugega, velik del svoje mase pretvorijo v vezno energijo, ponekod pa zapustijo energijo, ki pobegne v vesolje.
Carliner in Rosner sta ugotovila, da se ob povezovanju dveh očarljivih kvarkov delci vežejo z energijami v višini 130 MeV in izločijo 12 MeV preostale energije. Ta fuzija očarljivih kvarkov je bila prva reakcija delcev te lestvice na sprostitev energije. Postala je glavna teza nove študije, objavljene 1. novembra v reviji Nature.
Še bolj energična fuzija dveh simpatičnih kvarkov, ki se vežeta na 280 MeV in pri združitvi izvlečeta 138 MeV, je druga in močnejša od obeh najdenih reakcij. V eksperimentalnih pogojih ostajajo teoretični in nedokazani. V kratkem bo sledil naslednji korak. Carliner upa, da bodo prvi poskusi, ki kažejo to reakcijo, v CERN-u izvedli v naslednjih nekaj letih.
Ilya Khel
