Ένα ζευγάρι φυσικών ανακοίνωσε την ανακάλυψη ενός υποατομικού γεγονότος τόσο ισχυρού ώστε οι ερευνητές αναρωτήθηκαν αν ήταν πολύ επικίνδυνο να δημοσιοποιηθεί.
Το εκρηκτικό συμβάν; Το δίδυμο έδειξε ότι δυο μικροσκοπικά σωματίδια γνωστά ως κουάρκ κάτω θα μπορούσαν θεωρητικά να συγχωνευθούν σε ένα ισχυρό φλας. Το αποτέλεσμα: ένα μεγαλύτερο υποατομικό σωματίδιο, ένα δεύτερο, εφεδρικό σωματίδιο γνωστό ως νουκλεόνιο και ένα πλήρες χάος ενέργειας που εκρέει στο σύμπαν. Αυτό το "quarksplosion" θα ήταν ένα ακόμα ισχυρότερο υποατομικό ανάλογο των επιμέρους αντιδράσεων πυρηνικής σύντηξης που λαμβάνουν χώρα στους πυρήνες βόμβων υδρογόνου.
Τα κουάρκ είναι μικροσκοπικά σωματίδια που συνήθως συναντώνται μαζί για να σχηματίσουν τα νετρόνια και τα πρωτόνια μέσα στα άτομα. Έρχονται σε έξι εκδόσεις ή "γεύσεις": πάνω, κάτω, πάνω, κάτω, περίεργα και γοητεία.
Τα ενεργειακά συμβάντα στο υποατομικό επίπεδο μετρούνται σε μεγαλέκτρων (MeV), και όταν δύο πυκνά τεταρτημόρια συγχωνεύονται, οι φυσικοί βρήκαν ότι παράγουν ένα επιβλητικό 138 MeV. Αυτό είναι περίπου οκτώ φορές πιο ισχυρό από ένα από τα μεμονωμένα γεγονότα πυρηνικής σύντηξης που συμβαίνουν σε βόμβες υδρογόνου (μια πλήρης έκρηξη βόμβας αποτελείται από δισεκατομμύρια από αυτά τα γεγονότα). Οι βόμβες H συνδυάζουν μικροσκοπικούς πυρήνες υδρογόνου γνωστούς ως δεύτερον και τριτόνια για να δημιουργήσουν πυρήνες ηλίου μαζί με τις πιο ισχυρές εκρήξεις στο ανθρώπινο οπλοστάσιο. Αλλά κάθε μία από αυτές τις μεμονωμένες αντιδράσεις μέσα στις βόμβες απελευθερώνει μόνο περίπου 18 MeV, σύμφωνα με το Αρχείο Πυρηνικών Όπλων, ένα δικτυακό τόπο αφιερωμένο στη συλλογή ερευνητικών στοιχείων και δεδομένων σχετικά με πυρηνικά όπλα. Αυτό είναι πολύ μικρότερο από το 138MeV των τεταρτημορίων.
"Πρέπει να παραδεχτώ ότι όταν συνειδητοποίησα για πρώτη φορά ότι μια τέτοια αντίδραση ήταν δυνατή, φοβόμουν", δήλωσε ο συν-ερευνητής Marek Karliner του Πανεπιστημίου του Τελ Αβίβ στο Ισραήλ. "Αλλά, ευτυχώς, είναι ένα πόνυ με ένα τέχνασμα".
Όσο ισχυρές είναι οι αντιδράσεις σύντηξης, μια μόνο περίπτωση σύντηξης από μόνη της δεν είναι καθόλου επικίνδυνη. Οι βόμβες υδρογόνου παράγουν την τεράστια δύναμή τους από τις αλυσιδωτές αντιδράσεις - τη διαδοχική συγχώνευση παρτίδων και πολλών πυρήνων ταυτόχρονα.
Ο Karliner και ο Jonathan Rosner, από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι μια τέτοια αλυσιδωτή αντίδραση δεν θα ήταν εφικτή με τα κουάρκ κάτω και πριν από τη δημοσίευσή τους μοιράζονταν ιδιώτες με τους συναδέλφους τους, που συμφώνησαν.
"Εάν σκέφτηκα για ένα μικρό δευτερόλεπτο ότι αυτό είχε στρατιωτικές εφαρμογές, δεν θα το δημοσίευα", είπε ο Karliner.
Για να προκαλέσουν αλυσιδωτή αντίδραση, οι κατασκευαστές πυρηνικών βόμβων χρειάζονται μεγάλα αποθέματα σωματιδίων. Και μια σημαντική ιδιότητα των κάτω κουάρκς τους καθιστά αδύνατο να αποθέσουν: Πεθαίνουν από την ύπαρξη μόλις 1 picosecond μετά τη δημιουργία τους ή περίπου στο χρόνο που χρειάζεται φως για να ταξιδέψουν το μισό μήκος ενός μόνο κόκκου αλατιού. Μετά από αυτό το χρονικό διάστημα, καταστρέφουν σε ένα πολύ πιο κοινό και λιγότερο ενεργητικό είδος υποατομικού σωματιδίου, γνωστό ως το up quark.
Ίσως να είναι δυνατό να δημιουργηθούν αντιδράσεις μεμονωμένης σύντηξης από κουάρκ κάτω, μέσα σε μακριούς επιταχυντές σωματιδίων, λένε οι επιστήμονες. Αλλά ακόμη και μέσα σε ένα επιταχυντή, δεν μπορούσαμε να συναρμολογήσουμε μια αρκετά μεγάλη μάζα κουάρκ για να κάνουμε ζημιές στον κόσμο, λένε οι ερευνητές. Έτσι δεν υπάρχει λόγος να ανησυχείτε για τις βόμβες κουάρκ κάτω.
Η ανακάλυψη είναι συναρπαστική, όμως, επειδή είναι η πρώτη θεωρητική απόδειξη ότι είναι δυνατό να συγχωνευθούν τα υποατομικά σωματίδια μαζί με τρόπους που απελευθερώνουν ενέργεια, είπε ο Karliner. Αυτή είναι μια ολοκαίνουργια επικράτεια στη φυσική πολύ μικρών σωματιδίων, που κατέστη δυνατή από ένα πείραμα στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN, το τεράστιο εργαστήριο σωματιδιακής φυσικής κοντά στη Γενεύη.
Εδώ είναι πώς οι φυσικοί πραγματοποίησαν αυτή την ανακάλυψη.
Στο CERN, τα σωματίδια περιτυλίγονται γύρω από ένα υπόγειο δακτύλιο μήκους 17 χιλιομέτρων (27 χιλιόμετρα) με ταχύτητα σχεδόν του φωτός πριν χτυπήσουν το ένα στο άλλο. Οι επιστήμονες στη συνέχεια χρησιμοποιούν ισχυρούς υπολογιστές για να κοσκινίσουν τα δεδομένα από αυτές τις συγκρούσεις και μερικές φορές προκύπτουν περίεργα σωματίδια από την έρευνα αυτή. Τον Ιούνιο, εμφανίστηκε κάτι ιδιαίτερα περίεργο στα δεδομένα από μια από αυτές τις συγκρούσεις: ένα «διπλά γοητευμένο» βαρύριο ή ένας ογκώδης ξάδερφος του νετρονίου και του πρωτονίου που αποτελείται από δύο ξαδέλφια των κουαρών "κάτω" και "κορυφή" γνωστά ως "γοητεία" κουάρκ.
Τώρα, τα κουάρκ γοητείας είναι πολύ βαριά σε σύγκριση με τα πιο συνηθισμένα κουάρκ που σχηματίζουν πρωτόνια και νετρόνια. Και όταν τα βαριά σωματίδια συνδέονται μεταξύ τους, μετατρέπουν ένα μεγάλο κομμάτι της μάζας τους σε δεσμευτική ενέργεια και σε μερικές περιπτώσεις παράγουν μια δέσμη ενέργειας που παραμένει στο σύμπαν.
Όταν δύο κουάρκ γοητείας συγχωνεύονται, οι Karliner και Rosner βρήκαν ότι τα σωματίδια δεσμεύονται με ενέργεια περίπου 130 MeV και φτύνουν 12 MeV στην απομένουσα ενέργεια (περίπου τα δύο τρίτα της ενέργειας της συγχώνευσης του deuteron-triton). Αυτή η γοητευμένη σύντηξη ήταν η πρώτη αντίδραση σωματιδίων σε αυτή την κλίμακα που βρήκε ποτέ ότι εκπέμπει ενέργεια με αυτόν τον τρόπο και είναι το πρωταρχικό αποτέλεσμα της νέας μελέτης, που δημοσιεύθηκε χθες (1 Νοεμβρίου) στο περιοδικό Nature.
Η ακόμα πιο ενεργητική σύντηξη δύο κουάρκ κάτω, τα οποία δεσμεύονται με ενέργεια 280 MeV και φτύνουν 138 MeV όταν συγχωνεύονται, είναι η δεύτερη και πιο ισχυρή από τις δύο αντιδράσεις που ανακαλύφθηκαν.
Μέχρι στιγμής, αυτές οι αντιδράσεις είναι εξ ολοκλήρου θεωρητικές και δεν έχουν αποδειχθεί σε εργαστήριο. Αυτό το επόμενο βήμα θα πρέπει να έρθει σύντομα όμως. Ο Karliner δήλωσε ότι αναμένει να δει τα πρώτα πειράματα που δείχνουν αυτή την αντίδραση στο CERN μέσα στα επόμενα δύο χρόνια.
Σημείωση του συντάκτη: Αυτό το άρθρο ενημερώθηκε για να διορθώσει μια δήλωση λέγοντας ότι τα κορυφαία κουάρκ συνθέτουν νετρόνια και πρωτόνια. Τα κουάρκ επάνω και κάτω συνθέτουν πρωτόνια και νετρόνια.
