Двойка физици обявиха откриването на субатомно събитие толкова мощно, че изследователите се чудеха дали е твърде опасно да се публикува.
Експлозивното събитие? Дуото показа, че две мънички частици, известни като дънни кварки, теоретично могат да се слеят заедно в мощна светкавица. Резултатът: по-голяма субатомна частица, втора резервна частица, известна като нуклон, и цяла бъркотия от енергията, която се разлива във Вселената. Тази "кварксплозия" би била още по-мощен субатомен аналог на отделните реакции на ядрен синтез, които се провеждат в ядрата на водородни бомби.
Кварки са мънички частици, които обикновено се намират слепващи заедно, за да съставят неутроните и протоните вътре в атомите. Те се предлагат в шест версии или "аромати": нагоре, надолу, отгоре, отдолу, странно и очарователно.
Енергийните събития на субатомното ниво се измерват в мегаелектронволта (MeV) и когато два дънни кварка се предпазват, откриха физиците, те произвеждат огромни 138 MeV. Това е около осем пъти по-мощно от едно от отделните събития на ядрен синтез, което се провежда във водородни бомби (пълномащабен взрив от бомби се състои от милиарди от тези събития). H-бомбите сливат заедно малки водородни ядра, известни като дейтерони и тритони, за да създадат хелиеви ядра, заедно с най-мощните експлозии в човешкия арсенал. Но всяка от тези индивидуални реакции вътре в бомбите освобождава само около 18 МеВ, според архива на ядреното оръжие, уебсайт, посветен на събирането на изследвания и данни за ядрените оръжия. Това е много по-малко от 138 MeV на стопяващите се дъно.
„Трябва да призная, че когато за пръв път разбрах, че такава реакция е възможна, се уплаших“, каза съизследователят Марек Карлинер от университета в Тел Авив в Израел пред Live Science. "Но, за щастие, това е пони с едно трикове."
Колкото и мощни да са реакциите на синтеза, нито един случай на сливането сам по себе си изобщо не е опасен. Водородните бомби черпят огромната си сила от верижни реакции - каскадното сливане на много и много ядра наведнъж.
Карлинер и Джонатан Роснър от Чикагския университет решиха, че подобна верижна реакция няма да е възможна при дънните кварци и преди да публикуват частно споделят своето мнение с колеги, които са се съгласили.
"Ако за микросекунда си помислих, че това има някакви военни приложения, нямаше да го публикувам", каза Карлинер.
За да предизвика верижна реакция, производителите на ядрени бомби се нуждаят от големи запаси от частици. И важно свойство на дънните кваркове ги прави невъзможни да се складират: те намигват от съществуването си само 1 пикосекунда след като са създадени, или за приблизително времето, което отнема светлина, за да измине половината от дължината на едно зърно сол. След този период те се разпадат в далеч по-често срещан и по-малко енергичен вид субатомна частица, известна като нагоре кварка.
Учените казват, че е възможно да се генерират единични реакции на синтез на дънни кварки в ускорители на частици, дълги мили. Но дори и вътре в ускорител, човек не би могъл да събере достатъчно голяма маса кварки, за да нанесе щети навсякъде по света, казват изследователите. Така че няма нужда да се притеснявате от долни бомби с кварки.
Откритието обаче е вълнуващо, защото това е първото теоретично доказателство, че е възможно да се слеят субатомни частици заедно по начини, които освобождават енергия, каза Карлинер. Това е съвсем нова територия във физиката на много малки частици, станала възможна чрез експеримент в Големия адронен колайдер в ЦЕРН, масивната лаборатория по физика на частици в близост до Женева.
Ето как физиците направиха това откритие.
В CERN частиците ципират около 17 мили дълъг (27 километра) подземен пръстен с близка светлинна скорост, преди да се ударят една в друга. След това учените използват мощни компютри, за да пресеят данните от тези сблъсъци и понякога от това изследване се появяват странни частици. През юни в данните от един от тези сблъсъци се появи нещо особено странно: "двойно очарован" барион или обемният братовчед на неутрона и протона, съставен от двама братовчеди на кварците "дъно" и "отгоре". известни като "чар" кваркове.
Сега, чаровните кварки са много тежки в сравнение с по-често срещаните кварки нагоре и надолу, които съставят протони и неутрони. И когато тежки частици се свържат заедно, те превръщат голям парче от масата си в свързваща енергия, а в някои случаи произвеждат куп остатъчна енергия, която избяга във Вселената.
Когато два очарователни кварка се сляха, Карлинер и Роснер откриха, частиците се свързват с енергия от около 130 MeV и изплюват 12 MeV с остатъчна енергия (около две трети от енергията на деутрон-тритоновото сливане). Това очаровано сливане е първата реакция на частици от този мащаб, открити някога, че излъчват енергия по този начин, и е заглавният резултат от новото проучване, публикувано вчера (1 ноември) в списанието Nature.
Още по-енергичното сливане на два дънни кварка, които се свързват с енергия от 280 MeV и изплюват 138 MeV, когато се слят, е втората и по-мощна от двете открити реакции.
Засега тези реакции са изцяло теоретични и не са демонстрирани в лаборатория. Тази следваща стъпка обаче трябва да дойде скоро. Карлинер каза, че очаква първите експерименти, показващи тази реакция при CERN в рамките на следващите няколко години.
Бележка на редактора: Тази статия беше актуализирана, за да коригира изявление, казващо, че топ кварките съставят неутрони и протони. Горе-надолу кварки съставят протони и неутрони.
