Пара фізиків оголосила відкриття субатомної події настільки потужною, що дослідники задумалися, чи не надто небезпечно це оприлюднювати.
Вибухова подія? Дует показав, що дві крихітні частинки, відомі як донні кварки, теоретично можуть злитися разом у потужній спалаху. Результат: більша субатомна частинка, друга, запасна частинка, відома як нуклон, і цілий безлад енергії, що проливається у Всесвіт. Цей "кварксплайз" був би ще більш потужним субатомним аналогом окремих реакцій ядерного синтезу, які відбуваються в ядрах водневих бомб.
Кварки - це крихітні частинки, які, як правило, чіпляються разом, щоб утворювати нейтрони та протони всередині атомів. Вони бувають у шести варіантах або "ароматах": вгору, вниз, вгорі, внизу, дивно і чарівність.
Енергетичні події на субатомному рівні вимірюються в мегаелектронних напругах (MeV), і коли два нижніх кварки плавкі, як виявили фізики, вони виробляють колосальні 138 МеВ. Це приблизно у вісім разів потужніше, ніж одна з окремих подій ядерного синтезу, що відбувається у водневих бомбах (повномасштабний вибух бомби складається з мільярдів цих подій). H-бомби з'єднують крихітні ядра водню, відомі як дейтрони та тритони, щоб створити ядра гелію, а також найпотужніші вибухи в арсеналі людини. Але кожна з цих індивідуальних реакцій всередині бомб випускає лише близько 18 МеВ, повідомляє Архів ядерної зброї, веб-сайт, присвячений збору досліджень та даних про ядерну зброю. Це набагато менше, ніж плавких донних кварків '138 МеВ.
"Я мушу визнати, що коли я вперше зрозумів, що така реакція можлива, я злякався", - розповів Live Science співдослідник Марек Карлінер з університету Тель-Авів в Ізраїлі. "Але, на щастя, це однополосний поні".
Настільки потужні, як реакції синтезу, один примірник синтезу сам по собі зовсім не небезпечний. Водневі бомби отримують свою величезну силу від ланцюгових реакцій - каскадного синтезу партій і безлічі ядер відразу.
Карлінер та Джонатан Роснер з Чиказького університету визначили, що така ланцюгова реакція не буде можливою з нижніми кварками, і перед публікацією приватно поділилися своїм поглядом з колегами, які погодились.
"Якби я подумав на мікросекунду, що в ній є якісь військові додатки, я б її не опублікував", - сказав Карлінер.
Щоб викликати ланцюгову реакцію, виробникам ядерних бомб потрібні великі запаси частинок. І важлива властивість донних кварків унеможливлює їх накопичення: вони вимивають із існування лише 1 пікосекунду після того, як вони створені, або приблизно за той час, як потрібно світло, щоб проїхати половину довжини одного зерна солі. Після закінчення цього періоду вони розпадаються на набагато більш поширений і менш енергійний вид субатомних частинок, відомий як "upark".
Вчені можуть сказати, що можна створити поодинокі реакції синтезу донних кварків у прискорювачах частинок, що мають довгі милі. Але навіть усередині прискорювача не можна було зібрати достатньо велику масу кварків, щоб завдати будь-якої шкоди у світі, вважають дослідники. Тож не потрібно турбуватися про бомби з нижньою кваркою.
Однак це відкриття є захоплюючим, оскільки це перший теоретичний доказ того, що можна злити субатомні частинки разом способами, які вивільняють енергію, сказав Карлінер. Це абсолютно нова територія фізики дуже крихітних частинок, що стало можливим завдяки експерименту в Великому адронному колайдері в ЦЕРН, масивній лабораторії фізики частинок поблизу Женеви.
Ось як фізики зробили це відкриття.
У ЦЕРН частинки блискавки навколо підземного кільця довжиною 17 миль (27 кілометрів) з близькою швидкістю світла, перш ніж вдарити один в одного. Потім вчені використовують потужні комп’ютери для просіювання даних цих зіткнень, і іноді з цього дослідження виникають дивні частинки. У червні щось особливо дивне виявилося в даних однієї з цих зіткнень: "подвійно зачарований" баріон, або об'ємний кузен нейтрона і протона, сам складений з двох двоюрідних братів "нижнього" та "верхнього" кварків відомі як "чарівні" кварки.
Зараз чарівні кварки дуже важкі порівняно з більш поширеними кварками вгору та вниз, що складають протони та нейтрони. А коли важкі частинки зв’язуються разом, вони перетворюють великий шматок своєї маси в енергію зв’язку, а в деяких випадках виробляють купу енергії, що залишилася, що втече у Всесвіт.
Коли два чарівних кварка зливаються, Карлінер та Роснер знайшли, частинки зв’язуються енергією близько 130 МеВ і виплювають 12 МЕВ залишкової енергії (приблизно дві третини енергії синтезу дейтерон-тритону). Цей зачарований синтез був першою реакцією частинок такого масштабу, які коли-небудь виявляли енергію таким чином, і є головним підсумком нового дослідження, опублікованого вчора (1 листопада) у журналі Nature.
Ще більш енергійний синтез двох донних кварків, які зв’язуються з енергією 280 МеВ і виплювають 138 МеВ, коли вони плавляться, є другим і більш потужним з двох виявлених реакцій.
Поки ці реакції є повністю теоретичними і не були продемонстровані в лабораторії. Але наступний крок повинен незабаром відбутися. Карлінер заявив, що очікує побачити перші експерименти, що показали цю реакцію в ЦЕРН протягом найближчих двох років.
Примітка редактора: Цю статтю було оновлено для виправлення твердження про те, що верхні кварки складають нейтрони та протони. Квартири вгору і вниз складають протони і нейтрони.
