Füüsikute paar kuulutas subatomaatilise sündmuse avastuse nii võimsaks, et teadlased kahtlesid, kas selle avalikustamine on liiga ohtlik.
Plahvatusohtlik sündmus? Duett näitas, et kaks pisikest põhjakvarkena tuntud osakest võivad teoreetiliselt sulanduda võimsa välguga. Tulemus: suurem subatomiline osake, teine, nukleonina tuntud varuosake ja kogu jama energiat, mis valgub universumisse. See "quarksplosion" oleks vesinikupommide tuumades toimuvate üksikute tuumasünteesi reaktsioonide veelgi võimsam subatomiline analoog.
Kvargid on pisikesed osakesed, mis tavaliselt klammerduvad aatomite sees olevate neutronite ja prootonite moodustamiseks. Neid on kuus versiooni või "maitset": üles, alla, ülevalt, alt, imelikult ja sarmikalt.
Aatomiastme tasemel toimuvaid energeetilisi sündmusi mõõdetakse megaelektronvoltides (MeV) ja kui kaks põhjakvarki sulanduvad, leidsid füüsikud, nad annavad ilmatu 138 MeV. See on umbes kaheksa korda võimsam kui üks individuaalsetest tuumasünteesi sündmustest, mis leiavad aset vesinikupommides (täismõõduline pommiplahvatus koosneb miljarditest sündmustest). H-pommid sulavad kokku pisikesed vesiniku tuumad, mida tuntakse deuteroonide ja tritoonidena, et luua heeliumi tuumad koos inimese arsenali võimsaimate plahvatustega. Kuid tuumarelvade arhiivi andmetel, mis on pühendatud tuumarelvadega seotud teadusuuringute ja andmete kogumisele, eraldab iga selline individuaalne reaktsioon pommides ainult umbes 18 MeV. Seda on palju vähem kui ühendatavad põhjakvargid '138 MeV.
"Pean tunnistama, et kui ma esimest korda aru sain, et selline reaktsioon on võimalik, olin ma hirmul," rääkis Iisraeli Tel Avivi ülikooli kaastöötaja Marek Karliner Live Science'ile. "Aga õnneks on see ühe nipiga poni."
Nii võimsad kui termotuumasünteesi reaktsioonid, pole termotuumasünteesi üksikjuhtum üldse ohtlik. Vesinikupommid saavad oma tohutu jõu ahelreaktsioonidest - partiide ja tuumade järkjärguline liitmine korraga.
Chicago ülikoolist pärit Karliner ja Jonathan Rosner otsustasid, et selline kettreaktsioon ei ole põhjakvarkidega võimalik, ja jagasid enne avaldamist privaatselt oma arvamust kolleegidega, kes olid sellega nõus.
"Kui ma mikrosekundi jooksul arvasin, et sellel on mingeid sõjalisi rakendusi, poleks ma seda avaldanud," ütles Karliner.
Ahelreaktsiooni käivitamiseks vajavad tuumapommitootjad suuri osakeste varusid. Ja põhjakvarkide oluline omadus muudab need varude kogumise võimatuks: nad pilguvad olemasolust vaid ühe pikosekundi jooksul pärast nende loomist või umbes sellise aja jooksul, mis kulub ühe soolatera pikkuse poole läbimiseks. Pärast seda ajavahemikku lagunevad nad palju tavalisemaks ja vähem energeetiliseks aatomiaatomiosakeseks, mida tuntakse püstkvarkina.
Võib-olla on võimalik genereerida miinipikkuste osakestekiirendite sees põhjakvarkide üksikud sulandumisreaktsioonid, ütlesid teadlased. Kuid isegi gaasipedaali sees ei olnud võimalik koguda piisavalt suurt kvarkide massi, et teha maailmas mingit kahju, ütlesid teadlased. Nii et pole vaja muretseda põhjapoolsete kvarkipommide pärast.
Avastus on siiski põnev, sest see on esimene teoreetiline tõestus selle kohta, et subatomaalseid osakesi on võimalik energia kokku eraldamiseks kokku sulatada, ütles Karliner. See on täiesti uus territoorium väga pisikeste osakeste füüsikas, mille tegi võimalikuks eksperiment Genfi lähedal asuvas massiivses osakestefüüsika laboris CERN asuvas suures hadronite põrkeseadmes.
Siit leiate, kuidas füüsikud selle avastuse tegid.
CERNi ajal tõmbasid osakesed umbes 17 miili pikkuse (27 kilomeetrit) maa-aluse ringi ümber kerge kiirusega, enne kui üksteise sisse puruks lüüa. Seejärel kasutavad teadlased võimsaid arvuteid, et sõeluda läbi nende kokkupõrgete andmed, ja nendest uuringutest tekivad mõnikord imelikud osakesed. Juunis ilmnes ühe sellise kokkupõrke andmetes midagi eriti kummalist: "kahekordselt võluv" baroon ehk neutroni ja prootoni mahukas nõbu, mis koosnes kahest "põhja" ja "ülemise" kvargi nõost. tuntud kui "võlu" kvarke.
Nüüd on sarmikvargid väga rasked võrreldes prootonite ja neutronite moodustavate tavalisemate üles- ja allapoole kvarkidega. Ja kui rasked osakesed seovad omavahel, muundavad nad suure osa oma massist siduvaks energiaks ja mõnel juhul tekitavad hunniku järelejäänud energiat, mis pääseb universumisse.
Kui kaks sarmikvarki sulanduvad, Karliner ja Rosner leidsid, seostuvad osakesed umbes 130 MeV energiaga ja sülitavad järelejäänud energias välja 12 MeV (umbes kaks kolmandikku deuteron-tritoni liitumise energiast). See võluv termotuumasünteesi oli selles mõõtkavas osakeste esimene reaktsioon, mis kunagi sel viisil energiat eraldas. See on eile (1. novembril) ajakirjas Nature avaldatud uue uuringu pealkiri.
Kahe põhjakvarki veelgi energilisem liitmine, mis seob energiat 280 MeV ja sülitab välja 138 MeV, on kahest avastatud reaktsioonist teine ja võimsam.
Siiani on need reaktsioonid täiesti teoreetilised ja neid pole laboris demonstreeritud. See järgmine samm peaks siiski varsti tulema. Karliner ütles, et loodab järgmise paari aasta jooksul näha esimesi katseid, mis näitavad seda reaktsiooni CERN-is.
Toimetaja märkus: Seda artiklit värskendati väite parandamiseks, milles öeldakse, et tippkvargid moodustavad neutroneid ja prootoneid. Üles ja alla kvargid moodustavad prootonid ja neutronid.
