Et par fysikere annoncerede opdagelsen af en subatomisk begivenhed, der var så kraftig, at forskerne spekulerede på, om det var for farligt at offentliggøre.
Den eksplosive begivenhed? Duoen viste, at to små partikler kendt som bundkvark teoretisk kunne smelte sammen i en kraftig flash. Resultatet: en større subatomær partikel, en anden reservepartikel kendt som en nukleon og en hel rod med energi, der spilder ud i universet. Denne "quarksplosion" ville være en endnu kraftigere subatomisk analog til de individuelle atomfusionsreaktioner, der finder sted i kernerne i brintbomber.
Kvarker er små partikler, der normalt findes klæber sammen for at udgøre neutroner og protoner inde i atomer. De findes i seks versioner eller "smag": op, ned, top, bund, underlig og charme.
Energiske begivenheder på det subatomære niveau måles i megaelektronvolt (MeV), og når to bundkvarker smelter sammen, konstaterede fysikerne, producerer de en enorm 138 MeV. Det er omkring otte gange mere magtfuld end en af de individuelle atomfusionsbegivenheder, der finder sted i brintbomber (en bombesprængning i fuld skala består af milliarder af disse begivenheder). H-bomber smelter sammen små brintkerner kendt som deuteron og triton for at skabe heliumkerner sammen med de mest kraftfulde eksplosioner i det menneskelige arsenal. Men hver af disse individuelle reaktioner inde i bomberne frigiver kun ca. 18 MeV ifølge Nuclear Weapon Archive, et websted, der er afsat til indsamling af forskning og data om atomvåben. Det er langt mindre end de fusionerende bundkvarkers 138 MeV.
”Jeg må indrømme, at da jeg først indså, at en sådan reaktion var mulig, var jeg bange,” fortalte co-forsker Marek Karliner fra Tel Aviv University i Israel til Live Science. "Men heldigvis er det en one-trick-pony."
Så kraftige som fusionsreaktioner er, er et enkelt tilfælde af fusion alene ikke overhovedet farligt. Hydrogenbomber henter deres enorme magt fra kædereaktioner - den forbløffende fusion af masser og masser af kerner på én gang.
Karliner og Jonathan Rosner fra University of Chicago besluttede, at en sådan kædereaktion ikke ville være mulig med bundkvark, og før offentliggørelsen delte de deres indsigt privat med kolleger, der var enige om.
"Hvis jeg i et mikrosekund tænkte, at dette havde militære anvendelser, ville jeg ikke have offentliggjort det," sagde Karliner.
For at udløse en kædereaktion har kernebomfabrikanter brug for store lagre af partikler. Og en vigtig egenskab med bundkvarker gør dem umulige at lagre: De blinker ud af eksistensen bare 1 picosekund efter at de er oprettet, eller på omtrent det tidspunkt, det tager lys at rejse halvdelen af længden af et enkelt saltkorn. Efter denne tidsperiode forfalder de til en langt mere almindelig og mindre energisk type subatomisk partikel, kendt som op-kvarken.
Det kan være muligt at generere enkeltfusionsreaktioner af bundkvarker inde i milelange partikelacceleratorer, sagde forskerne. Men selv inde i en accelerator kunne man ikke samle en stor nok masse kvarker til at skade nogen i verden, sagde forskerne. Så der er ingen grund til at bekymre sig om bundkvarkbomber.
Opdagelsen er dog spændende, fordi det er det første teoretiske bevis på, at det er muligt at smelte sammen subatomære partikler på måder, der frigiver energi, sagde Karliner. Det er helt nyt territorium i fysik af meget små partikler, muliggjort ved et eksperiment i Large Hadron Collider ved CERN, det massive partikel-fysiklaboratorium nær Genève.
Her er, hvordan fysikerne fandt denne opdagelse.
Ved CERN zip partikler omkring en 17 kilometer lang (27 kilometer) underjordisk ring i næsten let hastighed, før de smadrer ind i hinanden. Videnskabsmændene bruger derefter magtfulde computere til at sile gennem dataene fra disse kollisioner, og underlige partikler fremkommer undertiden fra denne forskning. I juni dukkede noget særligt underligt op i dataene fra en af disse kollisioner: en "dobbelt charmeret" baryon, eller en voluminøs fætter af neutronen og protonen, der selv består af to fætre af "bunden" og "top" kvarkerne kendt som "charme" kvarker.
Nu er charme-kvarker meget tunge sammenlignet med de mere almindelige op-og-ned-kvarker, der udgør protoner og neutroner. Og når tunge partikler binder sammen, omdanner de en stor del af deres masse til bindende energi og producerer i nogle tilfælde en masse resterende energi, der slipper ud i universet.
Når to charmekvarker smelter sammen, fandt Karliner og Rosner, bindes partiklerne med en energi på ca. 130 MeV og spytter ud 12 MeV i resterende energi (ca. to tredjedele af energien fra deuteron-triton-fusion). Denne charmerede fusion var den første reaktion fra partikler i denne skala, der nogensinde er fundet at udsende energi på denne måde, og er overskriftsresultatet af den nye undersøgelse, der blev offentliggjort i går (1. november) i tidsskriftet Nature.
Den endnu mere energiske fusion af to bundkvarker, der binder med en energi på 280 MeV og spytter 138 MeV ud, når de smelter sammen, er den anden og kraftigere af de to opdagede reaktioner.
Indtil videre er disse reaktioner helt teoretiske og er ikke blevet demonstreret i et laboratorium. Det næste skridt skulle dog snart komme. Karliner sagde, at han forventer at se de første eksperimenter, der viser denne reaktion på CERN inden for de næste par år.
Redaktørens note: Denne artikel blev opdateret for at korrigere en erklæring, der siger, at topkvarkerne udgør neutroner og protoner. Op og ned kvarker udgør protoner og neutroner.
