På billedet nedenfor, kan du se den champagneproplukke sky fra den eksplosion af ivy Mike i 1952, den første termonuklear fusion bombe, der nogensinde er eksploderet. I den proces, fusion og fission af kerner er tildelt en kolossal mængde energi, takket være hvilken vi er til at ryste af frygt for atomvåben. For nylig blev det kendt, at fysikere har opdaget en endnu mere kraftfuld energi sub-atomare reaktioner end fusion, som sker på omfanget af kvarker. Heldigvis, hun ikke synes særlig velegnet til at skabe våben.
Når et par af fysikere meddelte opdagelsen af en kraftfuld sub-atomare proces, blev det kendt, at forskerne ønskede at klassificere den åbning, som det kunne være for farligt for offentligheden.
Var der en eksplosion? Forskere har vist, at to bittesmå partikler kendt som bunden kvarker, kunne teoretisk set sammen i en kraftig flash. Resultatet: en stor sub-atomar partikel, der er kendt som en nucleon, og en masse spild af energi ud i universet. Denne “quark eksplosion” kan blive endnu mere kraftfuld sub-atomare analog af den termonukleare reaktioner, der opstår i kerner af brintbomben.
Kvarker er små partikler, der klamrer sig til hinanden og danner neutroner og protoner inde i atomer. De kommer i seks versioner, eller “varianter”: toppen, bunden, charmed, mærkelig, den øverste ene (sande) og bunden (dejlig).
Energi begivenheder på det subatomare niveau, der er målt i megaelectronvolts (MeV), og når de to nederste quark fusionere, fysikere fundet, at de giver en kæmpestor 138 MeV. Det er omkring otte gange stærkere end en enkelt nuklear fusion, der opstår i hydrogen bomber (med fuld bombe består af milliarder af sådanne begivenheder). Brint bomber er syntetiseret sammen i den lille kerne af brint, deuterium og tritium — med dannelsen af helium kerner og en massiv eksplosion. Men hver af de separate reaktioner inden for en bombe, der kun udgivelser 18 MeV, i henhold til Nukleare Våben Arkiv. Det er meget mindre end i syntesen af bunden kvarker — 138 MeV.
“Jeg er nødt til at indrømme, når jeg først indså, at en sådan reaktion er muligt, jeg var bange for,” siger en af forskerne Marek Karliner fra tel Aviv University i Israel. “Heldigvis var det ikke så skræmmende.”
Med al den kraft af fusion reaktioner, den enkelte reaktion er ikke så farligt. Brint-bomber får deres overvældende strøm af kædereaktioner kaskade af fusioner af flere kerner samtidig.
Karliner og Jonathan Rosner University of Chicago bestemmes, at sådan en kæde reaktion ville være umuligt med deltagelse af charmerende kvarker, og før offentliggørelsen delte deres bekymring med kolleger, der er aftalt med deres konklusion.
“Hvis jeg selv for et mikrosekund tænkte, at sådan en proces kan være militære applikationer, ville jeg ikke have skrevet om det,” siger Carliner.
For at udløse en kædereaktion i producenter af atombomber behov for en imponerende beholdning af partikler. En vigtig egenskab af charmerende kvarker er, at de ikke kan være samlet i en oversigt: de ophører med at eksistere efter et picosekund efter oprettelsen, og i løbet af denne tid, lyset kan passere kun den halve længde af granulat af salt. Efter dette tidspunkt, skønhed quark henfalder til en mere fælles og mindre energiske type af subatomare partikel — top-kvarken.
Du kan oprette en separat reaktion for syntese af den charmerende kvarker i kilometer tunnel af en partikel accelerator, forskerne sagde. Men selv inde i acceleratoren er umuligt at opbygge en tilstrækkelig stor masse af kvarker til at gøre nogen skade. Derfor, for at bekymre sig om.
Åbningen er utroligt, fordi det var den første teoretiske bevis for, at subatomare partikler kan syntetiseres med produktion af energi, siger Karliner. Dette er et helt nyt område i fysik af de mindste partikler, som blev åbnet af forsøget på Large hadron Collider på CERN.
Det er, hvordan fysikere kom til denne opdagelse.
På CERN partikler race omkring 27 kilometer ring underground på lysets hastighed, og så kolliderer. Forskerne har så brugt kraftfulde computere til at finkæmme gennem data fra disse kollisioner, og disse data er der til tider er mærkelige partikler. I juni, for eksempel, data viser, “to gange charmeret” en baryon, eller voluminøse fætter af neutron og proton, bestående af to kusiner, “smuk” og “top” kvarker — “charmed” kvarker.
Charmerede kvarker er meget tunge i forhold til de mere almindelige toppen og bunden kvarker, bestanddele af protoner og neutroner. Og når tunge partikler er forbundet med hinanden, kan de konvertere en stor luns af sin masse til energi, og i nogle tilfælde forlader den energi, der slipper ind i universet.
Karliner og Rosner fandt, at når to charmeret quark hånd i hånd partiklerne er bundet med en energi på omkring 130 MeV og 12 MeV udsender den resterende energi. Det er en sammensmeltning af charmeret kvarker, var den første reaktion hos de partikler af denne skala, som er blevet udledt energi. Hun blev hovedindholdet i en ny undersøgelse, der er offentliggjort 1 November i tidsskriftet Nature.
Mere energiske fusion af to charmerende kvarker, der er bundet med en energi på 280 MeV og udsender 138 MeV i fusionen, blev den anden og mere magtfulde af de to opdagede reaktioner. Så længe de forbliver teoretiske, og uprøvede i eksperimentelle betingelser. Det næste skridt vil snart følge efter. Karliner håbet, at de første erfaringer viser, at denne reaktion vil blive udført ved CERN i løbet af de næste par år.
Forskerne ønskede at klassificere opdagelsen af “quark fusion”
Ilya Hel