Dvojice fyziků oznámila objev subatomické události tak silné, že vědci přemýšleli, jestli je příliš nebezpečné zveřejnit.
Výbušná událost? Duo ukázalo, že dvě malé částečky známé jako dolní kvarky se mohou teoreticky spojit dohromady v mocném blesku. Výsledek: větší subatomická částice, druhá, náhradní částice známá jako nukleon a celá nepořádek energie rozlévající se do vesmíru. Tato „kvarksploze“ by byla ještě silnějším subatomovým analogem jednotlivých reakcí jaderné fúze, ke kterým dochází v jádrech vodíkových bomb.
Kvarky jsou malé částice, které se obvykle spojují, aby vytvořily neutrony a protony uvnitř atomů. Přicházejí v šesti verzích nebo „příchutích“: nahoru, dolů, nahoru, dole, podivně a kouzlo.
Energetické události na subatomické úrovni se měří v megaelektronvoltech (MeV), a když se dva pojistky spodních kvarků fyzici zjistí, vytvoří neuvěřitelných 138 MeV. To je asi osmkrát silnější než jedna z jednotlivých událostí jaderné fúze, která se odehrává ve vodíkových bombách (výbuch bomby v plném rozsahu sestává z miliard těchto událostí). H-bomby spojují dohromady malá vodíková jádra známá jako deuterony a tritony, aby vytvořila jádra helia, spolu s nejsilnějšími explozemi v lidském arzenálu. Každá z těchto jednotlivých reakcí uvnitř bomb však podle Archivu jaderných zbraní uvolňuje pouze asi 18 MeV, web věnovaný shromažďování výzkumu a údajů o jaderných zbraních. To je mnohem méně než 138 MeV fúzních spodních kvarků.
„Musím připustit, že když jsem si poprvé uvědomil, že taková reakce je možná, byl jsem vyděšený,“ řekl spoluzakladatel Marek Karliner z Tel Aviv University v Izraeli pro Live Science. "Ale naštěstí je to jeden trikový poník."
Stejně silná jako reakce na fúzi není jediná instance fúze sama o sobě nebezpečná. Vodíkové bomby získávají svou obrovskou sílu z řetězových reakcí - kaskádové splynutí partií a spousty jader najednou.
Karliner a Jonathan Rosner z Chicagské univerzity určili, že taková řetězová reakce by nebyla možná u kvarků dna, a před zveřejněním se soukromě podělili o své znalosti s kolegy, kteří s tím souhlasili.
"Kdybych si na mikrosekundu myslel, že by to mělo nějaké vojenské aplikace, nebyl bych to zveřejnil," řekl Karliner.
K vyvolání řetězové reakce potřebují výrobci jaderných bomb velké zásoby částic. A důležitá vlastnost spodních kvarků znemožňuje jejich hromadění: Mrkají z existence pouhé 1 pikosekundu poté, co byly vytvořeny, nebo asi v době, kdy trvá světlo, než projde polovinu délky jednoho zrna soli. Po uplynutí této doby se rozpadnou na mnohem běžnější a méně energetický druh subatomické částice, známé jako kvark nahoru.
Podle vědců by mohlo být možné vyvolat jednotlivé fúzní reakce spodních kvarků uvnitř mírových urychlovačů částic. Ale ani uvnitř urychlovače nebylo možné shromáždit dostatečně velké množství kvarků, aby způsobily jakékoli škody na světě, uvedli vědci. Není tedy třeba se starat o bomby spodních kvarků.
Objev je však vzrušující, protože je to první teoretický důkaz, že je možné spojit subatomické částice způsobem, který uvolňuje energii, uvedl Karliner. To je zbrusu nové teritorium ve fyzice velmi malých částic, umožněné experimentem ve Velké Hadron Collider v CERN, masivní laboratoři fyziky částic v blízkosti Ženevy.
Zde je návod, jak fyzikové objevili.
V CERN se částice rozepínají kolem 17 mil dlouhého (27 kilometrů) podzemního kruhu téměř rychlostí světla, než se navzájem rozbijí. Vědci pak pomocí výkonných počítačů prohledávají data z těchto kolizí a z tohoto výzkumu se někdy objeví podivné částice. V červnu se v údajích jedné z těchto srážek objevilo něco zvláštního: „dvojnásobně okouzlený“ baryon nebo objemný bratranec neutronů a protonů, který se sám skládal ze dvou bratranců „spodních“ a „top“ kvarků známý jako "kouzlo" kvarky.
Nyní jsou šarmové kvarky velmi těžké ve srovnání s běžnějšími kvarky nahoru a dolů, které tvoří protony a neutrony. A když se těžké částice spojí, přemění velký kus své hmoty na vazebnou energii a v některých případech produkují spoustu zbylé energie, která unikne do vesmíru.
Když se spojí dva kouzelné kvarky, Karliner a Rosner zjistí, částice se vážou energií asi 130 MeV a vyplivují 12 MeV zbylou energií (asi dvě třetiny energie fúze deuteron-triton). Tato okouzlená fúze byla první reakcí částic v tomto měřítku, jaké kdy bylo tímto způsobem emitováno energie, a je hlavním výsledkem nové studie, publikované včera (1. listopadu) v časopise Nature.
Druhou a silnější z obou objevených reakcí je ještě energičtější fúze dvou spodních kvarků, které se váží s energií 280 MeV a vyplivují 138 MeV, když se spojí.
Tyto reakce jsou zatím zcela teoretické a nebyly prokázány v laboratoři. Tento další krok by ale měl přijít brzy. Karliner řekl, že očekává, že uvidí první experimenty ukazující tuto reakci na CERNu v příštích několika letech.
Poznámka editora: Tento článek byl aktualizován, aby opravil prohlášení, že top kvarky tvoří neutrony a protony. Kvarky nahoru a dolů tvoří protony a neutrony.
