Na obrázku níže vidíte oblak hub z exploze Ivy Mike z roku 1952, první fúzní bomby, která kdy vybuchla. V procesu fúze a štěpení jader se uvolňuje kolosální energie, díky čemuž se dnes bojíme jaderných zbraní. Nedávno se stalo známým, že fyzikové objevili ještě energeticky silnější subatomovou reakci než termonukleární fúze, ke které dochází na stupnici kvarků. Naštěstí se nezdá být zvlášť vhodná pro výrobu zbraní.
Když několik fyziků oznámilo objev mocného subatomického procesu, stalo se známým, že vědci chtěli tento objev klasifikovat, protože by to mohlo být pro veřejnost příliš nebezpečné.
Došlo k explozi? Vědci ukázali, že dvě malé částečky známé jako down kvarky by se teoreticky mohly spojit v silný výbuch. Výsledek: velká vesmírná částice známá jako nukleon a svazek energie stříkající do vesmíru. Tato „kvarková exploze“by se mohla stát ještě silnějším subatomovým analogem termonukleárních reakcí, ke kterým dochází v jádrech vodíkových bomb.
Kvarky jsou malé částice, které se k sobě drží a vytvářejí neutrony a protony uvnitř atomů. Přicházejí v šesti verzích, nebo „příchutích“: horní, dolní, okouzlující, zvláštní, nejvyšší (pravdivá) a nejspodnější (roztomilá).
Energetické události na subatomické úrovni jsou měřeny v megaelektronvoltech (MeV), a když se sloučí dva nejnižší kvarky, fyzici zjistili, že vydávají neuvěřitelných 138 MeV. Toto je asi osmkrát silnější než jediná jaderná fúze, ke které dochází u vodíkových bomb (exploze bomby v plném rozsahu se skládá z miliard podobných událostí). Vodíkové bomby spojují dohromady malá atomová jádra vodíku - deuterium a tritium - za vzniku jader helia a silné exploze. Ale každá jednotlivá reakce uvnitř takové bomby uvolňuje pouze 18 MeV, podle Archivu jaderných zbraní. To je mnohem méně než ve fúzi nejnižších kvarků - 138 MeV.
"Musím přiznat, že když jsem si poprvé uvědomil, že taková reakce je možná, vyděsil jsem se," říká jeden z vědců, Marek Karliner z Tel Avivské univerzity v Izraeli. "Naštěstí to nebylo tak špatné."
Při plné síle fúzních reakcí není jediná reakce tak nebezpečná. Vodíkové bomby čerpají svou děsivou sílu z řetězových reakcí - kaskádové fúze mnoha jader najednou.
Propagační video:
Carliner a Jonathan Rosner z Chicagské univerzity určili, že taková řetězová reakce by u roztomilých kvarků nebyla možná, a před zveřejněním sdíleli své obavy s kolegy, kteří s jejich závěrem souhlasili.
"Kdybych na mikrosekundu přemýšlel o vojenském využití takového procesu, nepsal bych o tom," říká Carliner.
K vyvolání řetězové reakce potřebují výrobci jaderných bomb bombastickou zásobu částic. Důležitou vlastností pěkných kvarků je to, že nemohou být sbírány do zásob: přestanou existovat jednu pikosekundu po vytvoření a během této doby může světlo cestovat pouze polovinou délky granule soli. Po této době se pěkný kvark rozpadne na běžnější a méně energetický typ subatomické částice - kvark up.
Můžete říci, že můžete vytvořit oddělené reakce fúze hezkých kvarků v kilometrové trubici urychlovače částic. Ale ani uvnitř urychlovače je nemožné nahromadit dostatečně velké množství kvarků, které způsobí jakékoli poškození světa. Proto se není čeho bát.
Samotný objev je neuvěřitelný, protože to byl první teoretický důkaz, že subatomické částice lze syntetizovat s uvolněním energie, říká Carliner. Jedná se o zcela nové území ve fyzice nejmenších částic, které bylo otevřeno díky experimentu na velkém hadronovém srážce v CERN.
Takto dospěli fyzici k tomuto objevu.
V CERN se částice pohybují kolem 27 kilometrového kruhu pod zemí rychlostí světla a pak se srazí. Vědci pak pomocí výkonných počítačů prohledávají data z těchto kolizí a v těchto datech se někdy objevují podivné částice. Například v červnu data ukázala „dvojnásobně okouzlený“baryon nebo objemný bratranec neutronů a protonů, sestávající ze dvou bratranců „pěkných“a „nahoru“kvarků - „okouzlených“kvarků.
Okouzlené kvarky jsou velmi těžké ve srovnání s běžnějšími kvarky nahoru a dolů, které tvoří protony a neutrony. A když se těžké částice váží k sobě, přemění velký kus své hmoty na vazebnou energii a v některých případech zanechají energii, která unikne do vesmíru.
Carliner a Rosner zjistili, že když se sloučí dva kouzelné kvarky, částice se spojí s energií řádově 130 MeV a vypustí 12 MeV zbývající energie. Tato fúze kouzelných kvarků byla první částečnou reakcí této velikosti, která uvolnila energii. Stala se hlavní tezí nové studie publikované 1. listopadu v časopise Nature.
Ještě energičtější fúze dvou hezkých kvarků, které se vážou při 280 MeV a při sloučení vysílají 138 MeV, je druhou a silnější ze dvou nalezených reakcí. Zatímco zůstávají teoretické a neprokázané za experimentálních podmínek. Další krok bude brzy následovat. Carliner doufá, že první experimenty prokazující tuto reakci budou provedeny v CERN v příštích několika letech.
Ilya Khel