На изображението по-долу можете да видите облачния гъби от експлозията Ivy Mike от 1952 г., първата взривена бомба, която някога е взривена. В процеса на синтез и делене на ядра се освобождава колосална енергия, благодарение на която днес трепетно се страхуваме от ядрени оръжия. Наскоро стана известно, че физиците откриват още по-енергично мощна субатомна реакция от термоядрения синтез, която се провежда в мащаба на кварките. За щастие тя не изглежда особено подходяща за изработка на оръжие.
Когато няколко физици обявиха откриването на мощен субатомен процес, стана известно, че учените искат да класифицират откритието, защото то може да бъде твърде опасно за обществото.
Имаше ли експлозия? Учените показаха, че две мънички частици, известни като низходящи кварки, теоретично могат да се слеят в мощен взрив. Резултатът: голяма субатомна частица, известна като нуклон и куп енергия, изплискаща се във Вселената. Този „експлозия на кварки“би могъл да се превърне в още по-мощен субатомен аналог на термоядрените реакции, възникващи в ядрата на водородни бомби.
Кварки са мънички частици, които се прилепват един към друг, за да образуват неутрони и протони вътре в атомите. Те се предлагат в шест версии или „аромати“: отгоре, отдолу, очаровани, странни, най-горни (истински) и най-отдолу (очарователни).
Енергийните събития на субатомно ниво се измерват в мегаелектронволтове (MeV), а когато двата най-ниски кварка се сливат, физиците откриват, че те излъчват огромни 138 MeV. Това е около осем пъти по-силно от единичния ядрен синтез, който се случва при водородни бомби (пълномащабна експлозия на бомба е съставена от милиарди подобни събития). Водородните бомби се сливат заедно малки водородни ядра - деутерий и тритий, за да образуват хелиеви ядра и мощна експлозия. Но всяка от отделните реакции вътре в такава бомба освобождава само 18 MeV, според архива на ядреното оръжие. Това е много по-малко, отколкото при сливането на най-ниските кварки - 138 MeV.
„Трябва да призная, когато за първи път разбрах, че такава реакция е възможна, се уплаших“, казва един от учените, Марек Карлинер от университета в Тел Авив в Израел. "За щастие, не всичко беше толкова лошо."
При цялата сила на реакциите на синтез, една реакция не е чак толкова опасна. Водородните бомби черпят своята ужасяваща сила от верижни реакции - каскадното сливане на много ядра наведнъж.
Промоционално видео:
Карлайнер и Джонатан Роснър от Чикагския университет решиха, че подобна верижна реакция няма да е възможна със сладки кваркове и преди публикуването те споделиха притесненията си с колеги, които се съгласиха с тяхното заключение.
„Ако помислих за микросекунда за военната употреба на подобен процес, нямаше да пиша за него“, казва Карлайнер.
За да предизвикат верижна реакция, производителите на ядрени бомби се нуждаят от впечатляващо снабдяване с частици. Важно свойство на доста кварците е, че те не могат да бъдат събрани в запаси: те престават да съществуват след една пикосекунда след създаването и през това време светлината може да измине само половината от дължината на солената гранула. След това хубавият кварк се разпада на по-често срещан и по-малко енергичен тип субатомна частица - нагоре кварк.
Възможно е да се създадат отделни реакции на сливане на доста кварки в километрова тръба на ускорител на частици, казват учените. Но дори и вътре в ускорителя е невъзможно да се натрупа достатъчно голяма маса кварки, за да нанесе някакви щети на света. Следователно, няма от какво да се притеснявате.
Самото откритие е невероятно, защото това беше първото теоретично доказателство, че субатомните частици могат да бъдат синтезирани с освобождаването на енергия, казва Карлайнер. Това е напълно нова територия във физиката на най-малките частици, която беше открита благодарение на експеримент на Големия адронен колайдер в ЦЕРН.
Ето как физиците стигнаха до това откритие.
В CERN частиците пътуват около 27-километров пръстен под земята със скоростта на светлината и след това се сблъскват. След това учените използват мощни компютри, за да пресеят данните от тези сблъсъци и понякога в тези данни се появяват странни частици. През юни, например, данните показват "двойно очарован" барион или обемист братовчед на неутрона и протона, съставен от двама братовчеди на "доста" и "нагоре" кварки, "очарованите" кварки.
Очарованите кварки са много тежки в сравнение с по-често срещаните кварки нагоре и надолу, които съставят протони и неутрони. И когато тежки частици се свързват една с друга, те превръщат голяма част от масата си в свързваща енергия, а в някои случаи оставят енергия, която избяга във Вселената.
Карлайнер и Роснер откриха, че когато два очаровани кварка се сливат, частиците се свързват с енергии от порядъка на 130 MeV и изхвърлят 12 MeV от останалата енергия. Това сливане на очаровани кварки беше първата реакция на частици с такава величина, която освобождава енергия. Тя стана основната теза на ново изследване, публикувано на 1 ноември в списание Nature.
Още по-енергичният синтез на два хубави кварка, които се свързват при 280 MeV и изхвърлят 138 MeV при сливането им, е вторият и по-мощен от двете намерени реакции. Докато те остават теоретични и недоказани при експериментални условия. Следващата стъпка ще последва скоро. Карлайнер се надява, че първите експерименти, демонстриращи тази реакция, ще бъдат проведени в CERN през следващите няколко години.
Иля Кел
