På billedet herunder kan du se svampeskyen fra Ivy Mike-eksplosionen i 1952, den første fusionsbombe, der nogensinde er detoneret. I processen med fusion og fission af kerner frigøres kolossal energi, takket være hvilken vi i dag er bevæbende bange for atomvåben. For nylig blev det kendt, at fysikere har opdaget en endnu mere energisk kraftig subatomisk reaktion end termonuklear fusion, der finder sted i skala fra kvarker. Heldigvis ser hun ikke ud til at være særlig velegnet til våbenhåndværk.
Da et par fysikere annoncerede opdagelsen af en kraftig subatomisk proces, blev det kendt, at forskere ville klassificere opdagelsen, fordi det kunne være for farligt for offentligheden.
Var der en eksplosion? Forskere har vist, at to bittesmå partikler kendt som down quarks teoretisk kunne sammenkæmpe i en kraftig burst. Resultatet: en stor subatomær partikel kendt som en nukleon og en masse energi, der sprøjter ud i universet. Denne "kvarkeksplosion" kunne blive en endnu kraftigere subatomisk analog af termonukleære reaktioner, der forekommer i kernerne i brintbomber.
Kvarker er små partikler, der klæber til hinanden for at danne neutroner og protoner inde i atomer. De findes i seks versioner eller "smag": top, bund, charmed, mærkelig, øverste (sand) og nederste (sød).
Energihændelser på det subatomære niveau måles i megaelektronvolt (MeV), og når de to laveste kvarker smelter sammen, har fysikere fundet, at de udsender et stort 138 MeV. Dette er omkring otte gange stærkere end den enkelte nukleare fusion, der forekommer i brintbomber (en bombeeksplosion i fuld skala er sammensat af milliarder lignende begivenheder). Brintbomber smelter sammen små brintkerner - deuterium og tritium - til dannelse af heliumkerner og en kraftig eksplosion. Men hver af de individuelle reaktioner inde i en sådan bombe frigiver kun 18 MeV ifølge Nuclear Weapon Archive. Dette er meget mindre end i fusionen af de laveste kvarker - 138 MeV.
”Jeg må indrømme, da jeg først indså, at en sådan reaktion var mulig, blev jeg bange,” siger en af forskerne, Marek Karliner fra Tel Aviv-universitetet i Israel. "Heldigvis var det ikke så dårligt."
Med alle fusionsreaktionernes kraft er en enkelt reaktion ikke så farlig. Hydrogenbomber trækker deres frygtindgydende kraft fra kædereaktioner - den kaskaderende fusion af mange kerner på en gang.
Salgsfremmende video:
Carliner og Jonathan Rosner fra University of Chicago bestemte, at en sådan kædereaktion ikke ville være mulig med søde kvarker, og inden offentliggørelsen delte de deres bekymringer med kolleger, der var enige om deres konklusion.
”Hvis jeg tænkte et mikrosekund om den militære anvendelse af en sådan proces, ville jeg ikke skrive om den,” siger Carliner.
For at udløse en kædereaktion har kernebomfabrikanter brug for en imponerende forsyning med partikler. En vigtig egenskab ved smukke kvarker er, at de ikke kan opsamles i lagre: De ophører med at eksistere efter et picosekund efter oprettelsen, og i løbet af denne periode kan lys kun rejse halvdelen af en saltgranulat. Efter den tid nedbrydes den smukke kvark til en mere almindelig og mindre energisk type subatomisk partikel - op-kvarken.
Det er muligt at skabe separate reaktioner med fusion af smukke kvarker i et kilometerlange rør af en partikelaccelerator, siger forskerne. Men selv inde i acceleratoren er det umuligt at samle en stor nok masse kvarker til at forårsage nogen skade på verden. Derfor er der intet at bekymre sig om.
Opdagelsen i sig selv er utrolig, fordi det var det første teoretiske bevis for, at subatomære partikler kan syntetiseres med frigivelse af energi, siger Carliner. Dette er et helt nyt territorium i fysikken for de mindste partikler, som blev åbnet takket være et eksperiment i Large Hadron Collider ved CERN.
Sådan kom fysikerne til denne opdagelse.
Ved CERN kører partikler rundt i en 27 kilometer ring under jorden med lyshastigheden og kolliderer derefter. Forskere bruger derefter kraftfulde computere til at sile gennem dataene fra disse kollisioner, og underlige partikler vises undertiden i disse data. I juni viste dataene for eksempel en "dobbelt charmeret" baryon eller en voluminøs fætter af neutronen og protonen, bestående af to kusiner til de "smukke" og "op" kvarker - de "charmerede" kvarker.
Charmede kvarker er meget tunge sammenlignet med de mere almindelige op-og-ned-kvarker, der udgør protoner og neutroner. Og når tunge partikler binder til hinanden, omdanner de en stor del af deres masse til bindende energi, og i nogle tilfælde efterlader energi, der slipper ud i universet.
Carliner og Rosner fandt, at når to charmerede kvarker smelter sammen, bindes partiklerne med energier i størrelsesordenen 130 MeV og skubber ud 12 MeV af den resterende energi. Denne fusion af charmed quarks var den første partikelreaktion i denne størrelsesorden for at frigive energi. Hun blev hovedafhandlingen i en ny undersøgelse, der blev offentliggjort den 1. november i tidsskriftet Nature.
Den endnu mere energiske sammensmeltning af to smukke kvarker, der binder ved 280 MeV og skubber ud 138 MeV, når de smelter sammen, er den anden og kraftigste af de to fundne reaktioner. Mens de forbliver teoretiske og uprøvede under eksperimentelle forhold. Det næste trin følger snart. Carliner håber, at de første eksperimenter, der demonstrerer denne reaktion, vil blive udført på CERN i de næste par år.
Ilya Khel
