Et par fysikere kunngjorde oppdagelsen av en subatomisk hendelse så kraftig at forskerne lurte på om det var for farlig å offentliggjøre.
Den eksplosive hendelsen? Duoen viste at to ørsmå partikler kjent som bunnkvark teoretisk kunne smelte sammen i en kraftig blitz. Resultatet: en større subatomisk partikkel, en andre reservepartikkel kjent som en nukleon, og et helt rot av energi som søl ut i universet. Denne "kvarkplosjonen" ville være en enda kraftigere subatomær analog av de individuelle kjernefusjonsreaksjonene som finner sted i kjernene til hydrombomber.
Kvarker er bittesmå partikler som vanligvis finnes som klamrer seg sammen for å utgjøre nøytronene og protonene inne i atomer. De kommer i seks versjoner eller "smaker": opp, ned, topp, bunn, rart og sjarm.
Energiske hendelser på subatomisk nivå måles i megaelektronvolt (MeV), og når to bunnkvarker smelter sammen, fant fysikerne, produserer de hele 138 MeV. Det er omtrent åtte ganger kraftigere enn en av de individuelle atomfusjonshendelsene som finner sted i hydrogenbomber (en bombesprengning i full skala består av milliarder av disse hendelsene). H-bomber smelter sammen ørsmå hydrogenkjerner kjent som deuteron og triton for å skape heliumkjerner, sammen med de kraftigste eksplosjonene i det menneskelige arsenalet. Men hver av de individuelle reaksjonene inne i bombene løslater bare rundt 18 MeV, ifølge Nuclear Weapon Archive, et nettsted som er viet til å samle forskning og data om atomvåpen. Det er langt mindre enn de smeltende bunnkvarkernes 138 MeV.
"Jeg må innrømme at da jeg først innså at en slik reaksjon var mulig, var jeg redd," sa forsker Marek Karliner ved Tel Aviv University i Israel til Live Science. "Men heldigvis er det en pik med ett triks."
Så kraftige som fusjonsreaksjoner er, er ikke et enkelt tilfelle av fusjon i det hele tatt farlig. Hydrogenbomber henter sin enorme kraft fra kjedereaksjoner - den sammenfallende sammensmeltingen av masse kjerner på en gang.
Karliner og Jonathan Rosner, fra University of Chicago, bestemte at en slik kjedereaksjon ikke ville være mulig med bunnkvarker, og før publisering delte de privat innsikten med kollegene, som var enige.
"Hvis jeg tenkte på et mikrosekund at dette hadde noen militære anvendelser, ville jeg ikke ha publisert det," sa Karliner.
For å få en kjedereaksjon trenger kjernefysiske bombeprodusenter store lagre med partikler. Og en viktig egenskap med bunnkvarker gjør dem umulige å lagre: De blinker ut av eksistensen bare 1 bilde etter at de er opprettet, eller om det er tid det tar lys å reise halvparten av lengden på et enkelt saltkorn. Etter den tidsperioden forfaller de til en langt mer vanlig og mindre energisk type subatomisk partikkel, kjent som opp-kvarken.
Det kan være mulig å generere enkeltfusjonsreaksjoner av bunnkvarker inne i milelange partikkelakseleratorer, sa forskerne. Men selv i en gasspedal kunne man ikke sette sammen en stor nok masse kvarker til å skade seg i verden, sa forskerne. Så det er ingen grunn til å bekymre deg for bunnkvarkbomber.
Oppdagelsen er imidlertid spennende, fordi det er det første teoretiske beviset på at det er mulig å smelte sammen underatomiske partikler på måter som frigjør energi, sa Karliner. Det er helt nytt territorium i fysikken til veldig små partikler, muliggjort av et eksperiment i Large Hadron Collider ved CERN, det massive partikkelfysikklaboratoriet i nærheten av Genève.
Slik har fysikerne gjort denne oppdagelsen.
Ved CERN zip partikler rundt en 17 kilometer lang (27 kilometer) underjordisk ring i nær lett hastighet før de smashing inn i hverandre. Forskerne bruker deretter kraftige datamaskiner for å sile gjennom dataene fra disse kollisjonene, og rare partikler dukker noen ganger opp fra den forskningen. I juni dukket det opp noe spesielt rart i dataene fra en av de kollisjonene: en "dobbelt sjarmert" baryon, eller en voluminøs fetter av nøytronet og protonet, som består av to søskenbarn av "bunnen" og "topp" -kvarkene. kjent som "sjarm" -kvarker.
Nå er sjarmkvarkene veldig tunge sammenlignet med de mer vanlige opp- og ned-kvarkene som utgjør protoner og nøytroner. Og når tunge partikler binder seg sammen, omdanner de en stor del av massen til bindende energi, og produserer i noen tilfeller en haug med resterende energi som slipper ut i universet.
Når to sjarmkvarker smelter sammen, fant Karliner og Rosner, binder partiklene seg med en energi på rundt 130 MeV og spytter ut 12 MeV i rester energi (omtrent to tredjedeler av energien til deuteron-triton fusion). Den sjarmerte fusjonen var den første reaksjonen fra partikler i denne skalaen som noensinne er funnet å avgi energi på denne måten, og er overskriftsresultatet av den nye studien, publisert i går (1. november) i tidsskriftet Nature.
Den enda mer energiske fusjonen av to bunnkvarker, som binder seg med en energi på 280 MeV og spytter ut 138 MeV når de smelter sammen, er den andre og kraftigere av de to reaksjonene som ble oppdaget.
Så langt er disse reaksjonene helt teoretiske og har ikke blitt demonstrert i et laboratorium. Det neste trinnet skulle komme snart. Karliner sa at han forventer å se de første eksperimentene som viser denne reaksjonen på CERN i løpet av de neste par årene.
Redaktørens merknad: Denne artikkelen ble oppdatert for å korrigere en uttalelse som sa at toppkvarkene utgjør nøytroner og protoner. Opp og ned kvarker utgjør protoner og nøytroner.
