Alla olevassa kuvassa voit nähdä sienipilven 1952 Ivy Mike -räjähdyksestä, joka oli ensimmäinen räjähdyspommi. Ytimien fuusio- ja halkeamisprosesseissa vapautuu valtava energia, jonka ansiosta pelkäämme tänään vapisevasti ydinaseita. Äskettäin tiedettiin, että fyysikot ovat löytäneet entistä energiatehokkaamman subatomisen reaktion kuin kvarkkien mittakaavassa tapahtuva lämpöydinfuusio. Onneksi hän ei tunnu olevan erityisen sopiva aseiden käsityöhön.
Kun pari fyysikkoa ilmoitti löytävänsä voimakkaan subatomisen prosessin, tuli tietoiseksi, että tutkijat halusivat luokitella löytön, koska se voi olla liian vaarallinen yleisölle.
Oliko räjähdys? Tutkijat ovat osoittaneet, että kaksi pieniä hiukkasia, joita kutsutaan alaspäin kvarkeiksi, voisivat teoriassa liittyä voimakkaaseen purskeeseen. Tulos: suuri subatominen hiukkanen, jota kutsutaan nukleoniksi, ja joukko energiaa roiskumassa maailmankaikkeuteen. Tästä "kvarkkiräjähdyksestä" voisi tulla vielä voimakkaampi subatominen analogi lämpöydinreaktioille, joita tapahtuu vetypommien ytimissä.
Kvarkit ovat pieniä hiukkasia, jotka tarttuvat toisiinsa muodostaen neutroneja ja protoneja atomien sisällä. Niitä on kuusi versiota tai "makua": ylhäältä, alhaalta, hurmioitettuna, omituiselta, ylimmältä (tosi) ja pohjalta (suloiselta).
Subatomiatason energiatapahtumat mitataan megaelektronvolteina (MeV), ja kun kaksi alinta kvarkkia sulautuvat yhteen, fyysikot ovat havainneet, että ne lähettävät huikean 138 MeV: n. Tämä on noin kahdeksan kertaa vahvempi kuin vetypommeissa tapahtuva yksittäinen ydinfuusio (täysimittainen pommin räjähdys koostuu miljardeista samanlaisista tapahtumista). Vetypommit sulautuvat yhteen pieniin vetyytimiin - deuteriumiin ja tritiumiin - muodostaen heliumydimiä ja voimakkaan räjähdyksen. Mutta jokainen yksittäinen reaktio tällaisen pommin sisällä vapauttaa vain 18 MeV, ydinasearkiston mukaan. Tämä on paljon vähemmän kuin alhaisimpien kvarkkien - 138 MeV - sulatuksessa.
"Minun on myönnettävä, kun huomasin ensimmäisen kerran, että tällainen reaktio oli mahdollista, pelkäsin", sanoo yksi tutkijoista, Marek Karliner Israelin Tel Aviv -yliopistosta. "Onneksi se ei ollut niin paha."
Kaikella fuusioreaktioiden voimalla, yksi reaktio ei ole niin vaarallinen. Vetypommit hyödyntävät kauhistuttavaa voimaansa ketjureaktioista - monien ytimien asteittaisesta fuusiosta kerralla.
Mainosvideo:
Carliner ja Jonathan Rosner Chicagon yliopistosta päättivät, että tällainen ketjureaktio ei olisi mahdollista söpöillä kvarkeilla, ja ennen julkistamista he jakoivat huolensa kollegoille, jotka olivat yhtä mieltä päätelmistään.
"Jos ajattelin mikrosekunnin ajan tällaisen prosessin sotilaallisesta käytöstä, en kirjoittaisi siitä", Carliner sanoo.
Ketjureaktion käynnistämiseksi ydinpommivalmistajat tarvitsevat vaikuttavan määrän hiukkasia. Melkoisten kvarkkien tärkeä ominaisuus on, että niitä ei voida kerätä varastoihin: ne lakkaavat olemasta yhden pikosekunnin kuluttua luomisesta ja tänä aikana valo voi kulkea vain puolet suolarakeen pituudesta. Sen jälkeen kaunis kvarki hajoaa yleisemmäksi ja vähemmän energiseksi subatomisen hiukkasen tyypiksi - ylökvarkeksi.
On mahdollista luoda erilliset reaktiot kauniiden kvarkkien sulautumisesta hiukkaskiihdyttimen kilometriputkeen, tutkijat sanovat. Mutta jopa kiihdyttimen sisällä on mahdotonta kerätä tarpeeksi suuri massa kvarkeja vaurioittamaan maailmaa. Siksi ei ole mitään hätää.
Itse löytö on uskomatonta, koska se oli ensimmäinen teoreettinen näyttö siitä, että subatomiset hiukkaset voidaan syntetisoida vapauttamalla energiaa, Carliner sanoo. Tämä on aivan uusi alue pienimpien hiukkasten fysiikassa, joka avattiin CERN: n Suuren hadronin kolarittimen kokeilun ansiosta.
Näin fyysikot saapuivat tähän löytöön.
CERN: ssä hiukkaset kulkevat 27 kilometrin renkaan ympärillä valon nopeudella ja törmäävät sitten. Tutkijat käyttävät sitten voimakkaita tietokoneita selatakseen tietoja näistä törmäyksistä, ja outoja hiukkasia esiintyy joskus kyseisissä tiedoissa. Esimerkiksi kesäkuussa tiedot osoittivat "kaksinkertaisesti charmitetun" baryonin, tai suuren määrän neutronin ja protonin serkun, joka koostui kahdesta "kauniiden" ja "ylös" kvarkkien serkuista - "hurmioituneista" kvarkeista.
Charmed kvarkit ovat erittäin raskaita verrattuna yleisempiin ylös ja alas kvarkeihin, jotka muodostavat protoneja ja neutroneja. Ja kun raskaat hiukkaset sitoutuvat toisiinsa, ne muuntavat massan suuren palan sitovaksi energiaksi ja jättävät joissakin tapauksissa energian, joka pakenee maailmankaikkeuteen.
Carliner ja Rosner havaitsivat, että kun kaksi hurmattua kvarkkia sulautuu, hiukkaset sitoutuvat luokkaa 130 MeV olevilla energialla ja poistavat 12 MeV jäljellä olevasta energiasta. Tämä hurmaantuneiden kvarkkien fuusio oli ensimmäinen tämänsuuruinen hiukkasreaktio energian vapauttamiseksi. Hänestä tuli uuden tutkimuksen päätyö, joka julkaistiin 1. marraskuuta Nature-lehdessä.
Kahden kauniiden kvarkkien, jotka sitoutuvat 280 MeV: llä ja purkautuvat 138 MeV: lla, vieläkin energinen fuusio on toinen ja voimakkain löydetyistä reaktioista. Vaikka ne ovat edelleen teoreettisia ja todistamattomia kokeellisissa olosuhteissa. Seuraava vaihe seuraa pian. Carliner toivoo, että ensimmäiset tätä reaktiota osoittavat kokeet tehdään CERN: ssä seuraavien vuosien aikana.
Ilja Khel
