Alloleval pildil näete seenepilvi 1952. aasta Ivy Mike'i plahvatusest, esimene tuumapomm, mis kunagi plahvatas. Tuumade tuumasünteesi ja lõhustumise protsessis vabaneb kolossaalne energia, tänu millele me täna hirmutame tuumarelvi. Hiljuti sai teada, et füüsikud on avastanud veelgi energeetiliselt võimsama subatomaatilise reaktsiooni kui termotuumade termotuumasüntees, mis toimub kvarkide skaalal. Õnneks ei tundu ta relva meisterdamiseks eriti sobivat.
Kui paar füüsikut teatas võimsa alaatomilise protsessi avastamisest, sai teada, et teadlased soovisid avastust klassifitseerida, kuna see võib olla üldsusele liiga ohtlik.
Kas toimus plahvatus? Teadlased on näidanud, et kaks pisikest osakest, mida tuntakse kvarkidena, võivad teoreetiliselt võimsa purunemise käigus ühineda. Tulemus: suur subatomiline osake, mida tuntakse nukleonina, ja hunnik energiat, mis pritsib universumisse. See "kvarkplahvatus" võib saada vesinikupommide tuumades toimuvate termotuumareaktsioonide veelgi võimsamaks subatomiliseks analoogiks.
Kvargid on pisikesed osakesed, mis klammerduvad üksteise külge, moodustades aatomite sees neutroneid ja prootoneid. Neid on kuues versioonis ehk "maitses": ülemine, alumine, võluv, kummaline, ülaosa (tõeline) ja kõige alumine (võluv).
Aatomiataseme energiasündmusi mõõdetakse megaelektronvoltides (MeV) ja kui kaks madalaimat kvarki ühinevad, on füüsikud leidnud, et need kiirgavad ilmatu 138 MeV. See on umbes kaheksa korda tugevam kui üksik tuumasüntees, mis toimub vesinikupommides (täismõõduline pommi plahvatus koosneb miljarditest sarnastest sündmustest). Vesinikupommid sulavad kokku pisikesed vesiniku tuumad - deuteerium ja triitium -, moodustades heeliumi tuuma ja plahvatades. Kuid tuumarelvaarhiivi andmetel vabastab iga üksik pommi sees olev reaktsioon ainult 18 MeV. Seda on palju vähem kui madalaimate kvarkide - 138 MeV - sulandumisel.
"Pean tunnistama, et kui ma esimest korda mõistsin, et selline reaktsioon on võimalik, ehmatasin ma ära," ütleb üks teadlastest, Marek Karleiner Iisraeli Tel Avivi ülikoolist. "Õnneks polnud see kõik nii hull."
Kõikide termotuumareaktsioonide võimuses pole üks reaktsioon nii ohtlik. Vesinikupommid ammutavad oma hirmuäratava ahelreaktsiooni - paljude tuumade järkjärgulise liitmise korraga.
Reklaamvideo:
Carliner ja Jonathan Rosner Chicago ülikoolist leidsid, et armsate kvarkidega selline ahelreaktsioon ei ole võimalik ning enne avaldamist jagasid nad oma muret kolleegidega, kes olid nende järeldusega nõus.
"Kui ma mõtleksin mikrosekundi jooksul sellise protsessi sõjalisest kasutamisest, siis ma ei kirjutaks sellest," ütleb Carliner.
Ahelreaktsiooni käivitamiseks vajavad tuumapommitootjad muljetavaldavat osakeste varustamist. Päris kvarkide oluline omadus on see, et neid ei saa varudesse koguda: need lakkavad olemast ühe pikosekundi jooksul pärast loomist ja sel ajal võib valgus liikuda ainult poole soolagraanuli pikkusest. Pärast seda aega laguneb kvark tavalisemaks ja vähem energeetiliseks alaatomiliste osakeste tüübiks - üleskvarkiks.
Saadud osakeste kiirendi kilomeetri pikkuses torus on võimalik luua eraldi kvarkide sulandumise reaktsioonid, väidavad teadlased. Kuid isegi kiirendi sees on võimatu koguda piisavalt suurt kvarkide massi, et maailmale kahju tekitada. Seetõttu pole millegi pärast muretseda.
Avastus ise on uskumatu, kuna see oli esimene teoreetiline tõendusmaterjal selle kohta, et energia vabanemisega saab subatomaalseid osakesi sünteesida, kirjutab Carliner. See on täiesti uus territoorium väikseimate osakeste füüsikas, mis avati tänu CERNis toimunud suure hadronite põrkeseadme katsele.
Nii jõudsid füüsikud selle avastuseni.
CERN-is liiguvad osakesed valguse kiirusel ümber 27-kilomeetrise ringi maa all ja põrkuvad seejärel kokku. Seejärel kasutavad teadlased võimsaid arvuteid, et nendest kokkupõrgetest pärinevaid andmeid läbi sõeluda, ja nendes andmetes ilmnevad mõnikord kummalised osakesed. Näiteks juunis näitasid andmed "kahekordselt võlutud" barüoni ehk neutrooni ja prootoni mahukas nõod, mis koosnesid kahe "kena" ja "üles" kvarki nõod - "võlutud" kvargid.
Charmed kvargid on väga rasked võrreldes prootonite ja neutronite moodustavate enamlevinud üles ja alla kvarkidega. Ja kui rasked osakesed üksteisega seostuvad, muundavad nad suure osa oma massist siduvaks energiaks ja jätavad mõnel juhul energia, mis pääseb universumisse.
Carliner ja Rosner leidsid, et kahe võluva kvargi ühinemisel seostuvad osakesed energiaga suurusjärgus 130 MeV ja väljutavad järelejäänud energiast 12 MeV. See võlutud kvarkide sulandumine oli esimene sellises suurusjärgus osakeste reaktsioon energia vabastamiseks. Temast sai 1. novembril ajakirjas Nature ilmunud uue uurimuse põhiväitekiri.
Kahe päris kvargi veelgi energilisem sulandumine, mis seondub 280 MeV juures ja eraldub ühinemisel 138 MeV, on kahest leitud reaktsioonist teine ja võimsam. Kuigi need jäävad eksperimentaalsetes tingimustes teoreetiliseks ja tõestamata. Järgmine samm järgneb varsti. Carliner loodab, et esimesed seda reaktsiooni demonstreerivad katsed tehakse CERN-is järgmise paari aasta jooksul.
Ilja Khel
