Пара физиков объявила об открытии субатомного события, настолько мощного, что исследователи задались вопросом, не слишком ли опасно обнародовать его.
Взрывное событие? Дуэт показал, что две крошечные частицы, известные как нижние кварки, теоретически могут слиться воедино в мощной вспышке. Результат: большая субатомная частица, вторая, запасная частица, известная как нуклон, и целый беспорядок энергии, распространяющейся во вселенную. Этот "взрыв кварка" был бы еще более мощным субатомным аналогом отдельных реакций ядерного синтеза, которые происходят в ядрах водородных бомб.
Кварки - это крошечные частицы, которые обычно объединяются, образуя нейтроны и протоны внутри атомов. Они бывают шести версий или «ароматов»: вверх, вниз, сверху, снизу, странно и очаровательно.
Энергетические события на субатомном уровне измеряются в мегаэлектронвольтах (МэВ), и, как обнаружили физики, когда два нижних кварка сливаются, они производят колоссальные 138 МэВ. Это примерно в восемь раз более мощно, чем одно из отдельных событий ядерного синтеза, которое происходит в водородных бомбах (полномасштабный взрыв бомбы состоит из миллиардов этих событий). Н-бомбы объединяют крошечные водородные ядра, известные как дейтроны и тритоны, чтобы создать ядра гелия, а также самые мощные взрывы в человеческом арсенале. Но каждая из этих отдельных реакций внутри бомб высвобождает всего около 18 МэВ, согласно Архиву ядерного оружия, веб-сайту, посвященному сбору исследований и данных о ядерном оружии. Это намного меньше, чем 138 МэВ нижних кварков.
«Я должен признать, что когда я впервые осознал, что такая реакция возможна, я испугался», - сказал в прямом эфире соученик Марек Карлинер из Тель-Авивского университета в Израиле. «Но, к счастью, это пони с одной уловкой».
Как бы ни были сильны реакции синтеза, отдельный случай синтеза сам по себе ничуть не опасен. Водородные бомбы получают свою огромную силу от цепных реакций - каскадного слияния множества ядер сразу.
Карлинер и Джонатан Рознер из Чикагского университета определили, что такая цепная реакция невозможна для нижних кварков, и перед публикацией в частном порядке поделились своим мнением с коллегами, которые согласились.
«Если бы я думал на микросекунду, что это имеет какие-либо военные приложения, я бы не опубликовал это», - сказал Карлинер.
Чтобы вызвать цепную реакцию, производителям ядерных бомб нужны большие запасы частиц. И важное свойство нижних кварков делает невозможным их накопление: они исчезают из жизни всего через 1 пикосекунду после того, как они созданы, или примерно за время, которое требуется свету, чтобы пройти половину длины единственного зерна соли. После этого промежутка времени они распадаются на гораздо более распространенный и менее энергичный вид субатомных частиц, известных как восходящий кварк.
Ученые считают, что может быть возможно генерировать единичные реакции синтеза нижних кварков внутри ускорителей частиц длиной в мили. Но даже внутри ускорителя невозможно собрать достаточно большую массу кварков, чтобы нанести какой-либо ущерб миру, считают исследователи. Так что не нужно беспокоиться о бомбах с донной кваркой
По словам Карлинера, это открытие является захватывающим, потому что это первое теоретическое доказательство того, что можно объединить субатомные частицы так, чтобы они выделяли энергию. Это совершенно новая область в физике очень маленьких частиц, ставшая возможной благодаря эксперименту на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе, лаборатории физики массивных частиц под Женевой.
Вот как физики сделали это открытие.
В ЦЕРНе частицы проникают вокруг подземного кольца длиной 17 миль (27 километров) со скоростью, близкой к скорости света, а затем врезаются друг в друга. Затем ученые используют мощные компьютеры, чтобы просеивать данные от этих столкновений, и странные частицы иногда появляются из этих исследований. В июне в данных одного из этих столкновений обнаружилось нечто особенно странное: «дважды очарованный» барион или громоздкий двоюродный брат нейтрона и протона, сам состоящий из двух двоюродных братьев «нижнего» и «верхнего» кварков. известный как "очарование" кварков.
Теперь кварки очарования очень тяжелы по сравнению с более распространенными кварками вверх и вниз, которые составляют протоны и нейтроны. И когда тяжелые частицы связываются друг с другом, они превращают большой кусок своей массы в энергию связи, а в некоторых случаях производят кучу оставшейся энергии, которая уходит во вселенную.
Карлинер и Рознер обнаружили, что когда два очаровательных кварка сливаются, частицы связываются с энергией около 130 МэВ и выделяют 12 МэВ в оставшейся энергии (около двух третей энергии дейтрон-тритонного синтеза). Это зачарованное слияние было первой реакцией частиц такого масштаба, когда-либо обнаруживающей излучение энергии таким образом, и является главным результатом нового исследования, опубликованного вчера (1 ноября) в журнале Nature.
Еще более энергичный синтез двух нижних кварков, которые связываются с энергией 280 МэВ и выделяют 138 МэВ, когда они сливаются, является второй и более мощной из двух обнаруженных реакций.
Пока что эти реакции являются полностью теоретическими и не были продемонстрированы в лаборатории. Этот следующий шаг должен скоро произойти, хотя. Карлинер сказал, что он ожидает увидеть первые эксперименты, показывающие эту реакцию в ЦЕРНе в течение следующих нескольких лет.
Примечание редактора: Эта статья была обновлена, чтобы исправить утверждение о том, что верхние кварки составляют нейтроны и протоны. Вверх и вниз кварки составляют протоны и нейтроны.
