Az alábbi képen látható az 1952-es Ivy Mike robbanásból származó gombafelhő, amelyben az első fúziós bomba robbant fel. A magok fúziójának és hasadásának folyamatában felszabadul a hatalmas energia, amelynek köszönhetően ma remegő félelemben félünk az atomfegyverektől. A közelmúltban ismertté vált, hogy a fizikusok még energetikailag erőteljesebb szubatómiai reakciót fedeztek fel, mint a kvarkok skálán zajló termo-magfúzió. Szerencsére nem tűnik különösebben fegyverkészítésre.
Amikor néhány fizikus bejelentette egy hatalmas szubatómiai folyamat felfedezését, tudomásul vált, hogy a tudósok a felfedezést akarták besorolni, mert ez túl veszélyes lehet a nyilvánosság számára.
Volt egy robbanás? A tudósok kimutatták, hogy két apró részecske, amelyet lefelé kvarkknak hívnak, elméletileg összeolvadhat egy erős robbanás során. Az eredmény: egy nagy szubatomi részecske, nukleon néven ismert, és egy csomó energia fröccsen az univerzumba. Ez a "kvarckrobbanás" a hidrogénbombák magjában zajló termo-nukleáris reakciók még erősebb szubatómiai analógjává válhat.
A kvarkok apró részecskék, amelyek ragaszkodnak egymáshoz, és neutronokat és protonokat képeznek az atomokon belül. Hat változatban vagy "ízben" érkeznek: felső, alsó, elbűvölt, furcsa, legfelső (igaz) és legalacsonyabb (imádnivaló).
A szubatomi szintű energiaeseményeket megaelektronvoltokban (MeV) mérik, és amikor a két legalacsonyabb kvark összeolvad, a fizikusok azt találták, hogy egy óriási 138 MeV-t bocsátanak ki. Ez körülbelül nyolcszor erősebb, mint a hidrogénbombákban előforduló egyetlen atomfúzió (a teljes méretű bombarobbanás több milliárd hasonló eseményből áll). A hidrogénbombák összekapcsolják az apró hidrogénmagokat - deutériumot és tríciumot -, hogy héliummagokat képezzenek és erőteljes robbanást idézzen elő. De a nukleáris fegyverek archívuma szerint az ilyen bomba belsejében levő egyes reakciók csak 18 MeV-t bocsátanak ki. Ez sokkal kevesebb, mint a legalacsonyabb kvarkok olvadásakor - 138 MeV.
„Be kell vallanom, amikor először rájöttem, hogy egy ilyen reakció lehetséges, megijedtem” - mondja az egyik tudós, Marek Karliner, az izraeli Tel Aviv Egyetem. "Szerencsére nem volt annyira rossz."
A fúziós reakciók minden erejével egyetlen reakció sem olyan veszélyes. A hidrogénbombák félelmetes erejüket a láncreakciókból merítik ki - sok nukleáris anyag lépcsőzetes fúziója egyszerre.
Promóciós videó:
Carliner és Jonathan Rosner, a Chicagói Egyetem úgy döntött, hogy az ilyen láncreakció nem lehetséges aranyos kvarkokkal, és a közzététel előtt megosztották aggodalmaikat a következtetéssel egyetértő kollégákkal.
"Ha mikrosekundumban gondolkodnék egy ilyen eljárás katonai felhasználásáról, nem írnék róla" - mondja Carliner.
Láncreakció kiváltásához a nukleáris bombagyártóknak lenyűgöző mennyiségű részecskékre van szükségük. A szép kvarkok fontos tulajdonsága az, hogy nem gyűjthetők készletekben: a létrehozás után egy pikoszekundum után megszűnnek, és ebben az időben a fény csak egy sószemcsék felének utazhat. Ez után az idő után a szép kvarc egy szokványosabb és kevésbé energikus szubatómás részecskévé alakul - a felső kvarc.
Különböző reakciókat lehet létrehozni a szép kvarkok fuzionálására egy részecskegyorsító kilométer hosszú csőjében - mondják a tudósok. De még a gázpedálon sem lehet felhalmozni elég nagy tömegű kvarcokat, hogy bármilyen károkat okozhassanak a világnak. Ezért semmiért nem kell aggódni.
Maga a felfedezés hihetetlen, mert ez volt az első elméleti bizonyíték arra, hogy a szubatomi részecskék szintetizálhatók az energia felszabadításával - mondja Carliner. Ez egy teljesen új terület a legkisebb részecskék fizikájában, amelyet a CERN Nagy Hadron Összeütközőjében végzett kísérletnek köszönhetően nyitottak meg.
A fizikusok így érkeztek erre a felfedezésre.
A CERN-nél a részecskék a fénysebességgel egy 27 kilométeres gyűrű körül mozognak, majd összeütköznek. A tudósok ezután nagy teljesítményű számítógépeket használnak az ilyen ütközések adatainak szitálására, és ezekben az adatokban furcsa részecskék jelennek meg. Például júniusban az adatok egy "kétszer elbűvölt" baryont, vagy a neutron és a proton terjedelmes unokatestvéreit mutatták, amelyek a "szép" és "fel" kvarkok két unokatestvéreiből - a "elbűvölt" kvarkokból állnak.
A varázsolt kvarkok nagyon nehézek a protonokat és neutronokat alkotó leggyakoribb fel-le kvarkokhoz képest. És amikor a nehéz részecskék kötődnek egymáshoz, tömegük egy nagy darabját kötőenergiává alakítják, és bizonyos esetekben hagyják el az energiát, amely kiszabadul az univerzumba.
Carliner és Rosner úgy találta, hogy amikor két elbűvölő kvark összeolvad, a részecskék 130 MeV nagyságrendű energiákkal kötődnek, és a fennmaradó energiából 12 MeV-t bocsátanak ki. A varázsolt kvarkok ez a fúziója volt az első ilyen nagyságú részecske-reakció az energia felszabadítására. Ő lett egy új tanulmány fő szakdolgozata, amelyet november 1-jén tett közzé a Nature folyóiratban.
Két szép kvark, amelyek 280 MeV frekvencián kötődnek és 138 MeV feszültséget bocsátanak ki, még energiánsabb fúziója a második és a hatalmasabb a talált két reakció közül. Miközben elméleti jellegűek és kísérleti körülmények között nem bizonyítottak. A következő lépés hamarosan következik. Carliner reméli, hogy a reakciót bemutató első kísérleteket a CERN-en a következő néhány évben elvégzik.
Ilya Khel
