Na nasledujúcom obrázku je oblak húb z výbuchu Ivy Mike z roku 1952, prvej fúznej bomby, ktorá kedy vybuchla. V procese fúzie a štiepenia jadier sa uvoľňuje kolosálna energia, vďaka ktorej sa dnes bojíme jadrových zbraní. Nedávno sa zistilo, že fyzici objavili ešte energeticky silnejšiu subatomickú reakciu ako termonukleárna fúzia, ku ktorej dochádza na stupnici kvarkov. Našťastie sa nezdá byť zvlášť vhodná na výrobu zbraní.
Keď niekoľko fyzikov oznámilo objav mocného subatomárneho procesu, stalo sa známe, že vedci chceli tento objav klasifikovať, pretože by to mohlo byť pre verejnosť príliš nebezpečné.
Došlo k výbuchu? Vedci ukázali, že dve malé častice známe ako down kvarky by sa teoreticky mohli spojiť do silného výbuchu. Výsledok: veľká vesmírna častica známa ako nukleón a veľa energie striekajúcej do vesmíru. Táto „kvarková explózia“by sa mohla stať ešte silnejším subatomárnym analógom termonukleárnych reakcií, ktoré sa vyskytujú v jadrách vodíkových bômb.
Kvarky sú malé častice, ktoré sa navzájom zlepujú a vytvárajú neutróny a protóny vo vnútri atómov. Prichádzajú v šiestich verziách alebo „príchutiach“: horná, dolná, očarená, čudná, najvyššia (pravá) a spodná (rozkošná).
Energetické udalosti na subatomárnej úrovni sa merajú v megaelektronvoltoch (MeV) a keď sa zlúčia dva najnižšie kvarky, fyzici zistili, že vydávajú neuveriteľných 138 MeV. Je to asi osemkrát silnejšie ako jednoduchá jadrová fúzia, ku ktorej dochádza vo vodíkových bombách (výbuch bomby v plnom rozsahu pozostáva z miliárd podobných udalostí). Vodíkové bomby spájajú malé jadrá vodíka - deutérium a trícium, aby vytvorili jadrá hélia a silnú explóziu. Podľa archívu jadrových zbraní však každá jednotlivá reakcia vo vnútri takejto bomby uvoľní iba 18 MeV. To je oveľa menej ako pri fúzii najnižších kvarkov - 138 MeV.
"Musím priznať, že keď som si prvýkrát uvedomil, že takáto reakcia je možná, vyľakal som sa," hovorí jeden z vedcov Marek Karliner z Tel Avivskej univerzity v Izraeli. „Našťastie to nebolo také zlé.“
Pri všetkej sile fúznych reakcií nie je jediná reakcia tak nebezpečná. Vodíkové bomby čerpajú svoju desivú silu z reťazových reakcií - kaskádovej fúzie mnohých jadier naraz.
Propagačné video:
Carliner a Jonathan Rosner z Chicagskej univerzity rozhodli, že takáto reťazová reakcia by nebola možná s roztomilými kvarkami, a pred uverejnením zdieľali svoje obavy s kolegami, ktorí súhlasili s ich záverom.
"Keby som na mikrosekundu premýšľal o vojenskom využití tohto procesu, nepísal by som o tom," hovorí Carliner.
Na spustenie reťazovej reakcie potrebujú výrobcovia jadrových bômb pôsobivý prísun častíc. Dôležitou vlastnosťou pekných kvarkov je to, že sa nemôžu zbierať do zásob: prestanú existovať po jednej pikosekunde po vytvorení a počas tejto doby svetlo môže prejsť iba polovicu dĺžky granule soli. Po tejto dobe sa pekný kvark rozpadne na častejší a menej energetický typ subatomárnej častice - kvark up.
Vedci tvrdia, že je možné vytvoriť samostatné reakcie fúzie pekných kvarkov v kilometrovej trubici urýchľovača častíc. Ale ani vnútri urýchľovača nie je možné akumulovať dostatočne veľkú hmotnosť kvarkov, ktorá by spôsobila akékoľvek škody na svete. Preto sa nemusíte obávať.
Samotný objav je neuveriteľný, pretože to bol prvý teoretický dôkaz, že subatomické častice môžu byť syntetizované uvoľnením energie, hovorí Carliner. Toto je úplne nové územie vo fyzike najmenších častíc, ktoré sa otvorilo vďaka experimentu na veľkom hadrónovom urýchľovači v CERN.
Takto dospeli k tomuto objavu fyzici.
V CERN častice cestujú rýchlosťou 27 kilometrov pod zemou rýchlosťou svetla a potom sa zrážajú. Vedci potom pomocou výkonných počítačov preosievajú údaje z týchto zrážok a v týchto údajoch sa niekedy objavujú čudné častice. Napríklad v júni údaje ukázali „dvojnásobne očarený“baryón alebo objemný bratranec neutrónov a protónov, pozostávajúci z dvoch bratrancov „pekných“a „nahor“kvarkov - „očarených“kvarkov.
Očarované kvarky sú veľmi ťažké v porovnaní s bežnejšími kvarkmi, ktoré tvoria protóny a neutróny. A keď sa ťažké častice viažu na seba, premieňajú veľkú časť svojej hmoty na väzbovú energiu av niektorých prípadoch energiu, ktorá uniká do vesmíru, zanechávajú.
Carliner a Rosner zistili, že keď sa zlúčia dva očarované kvarky, častice sa viažu s energiami rádovo 130 MeV a vyhadzujú zvyšnú energiu 12 MeV. Táto fúzia očarených kvarkov bola prvou reakciou častíc s veľkosťou uvoľňujúcou energiu. Stala sa hlavnou tézou novej štúdie publikovanej 1. novembra v časopise Nature.
Ešte silnejšia fúzia dvoch pekných kvarkov, ktoré sa spájajú pri 280 MeV a pri zlúčení vylučujú 138 MeV, je druhou a silnejšou z dvoch nájdených reakcií. Aj keď zostávajú teoretické a nepreukázané v experimentálnych podmienkach. Ďalší krok bude čoskoro nasledovať. Carliner dúfa, že prvé experimenty preukazujúce túto reakciu sa uskutočnia v CERN v priebehu niekoľkých nasledujúcich rokov.
Ilja Khel