Bir çift fizikçi, atomaltı bir olayın o kadar güçlü olduğunu keşfetti ki, araştırmacılar halka açılmanın çok tehlikeli olup olmadığını merak ettiler.
Patlayıcı olay? İkili, alt kuarklar olarak bilinen iki küçük parçacığın teorik olarak güçlü bir flaşla kaynaşabileceğini gösterdi. Sonuç: daha büyük bir atom altı parçacık, nükleon olarak bilinen ikinci bir yedek parçacık ve evrene dökülen bütün bir enerji karmaşası. Bu "kuarksplosiyon", hidrojen bombalarının çekirdeklerinde meydana gelen bireysel nükleer füzyon reaksiyonlarının daha güçlü bir atom altı analogu olacaktır.
Kuarklar genellikle atomların içindeki nötronları ve protonları oluşturmak için birbirine yapışan küçük parçacıklardır. Altı versiyon veya "lezzet" olarak gelirler: yukarı, aşağı, üst, alt, garip ve çekicilik.
Atomaltı seviyedeki enerjik olaylar megaelektronvoltlarda (MeV) ölçülür ve iki alt kuark kaynaştığında fizikçiler, okkalı bir 138 MeV üretir. Bu, hidrojen bombalarında meydana gelen bireysel nükleer füzyon olaylarından birinden yaklaşık sekiz kat daha güçlüdür (tam ölçekli bir bomba patlaması bu olayların milyarlarcalarından oluşur). H-bombaları, insan cephaneliğindeki en güçlü patlamalar ile birlikte helyum çekirdekleri oluşturmak için deuteronlar ve tritonlar olarak bilinen küçük hidrojen çekirdeklerini birleştirir. Ancak nükleer silahlarla ilgili araştırma ve veri toplamaya adanmış bir web sitesi olan Nükleer Silah Arşivi'ne göre, bombalardaki bu bireysel tepkilerin her biri sadece 18 MeV serbest bırakıyor. Bu, kaynaşan alt kuarkların 138 MeV'sinden çok daha az.
İsrail'deki Tel Aviv Üniversitesi'nden ortak araştırmacı Marek Karliner, "Böyle bir tepkinin mümkün olduğunu ilk fark ettiğimde korktuğumu itiraf etmeliyim," dedi. "Ama, neyse ki, bu bir hüner midilli."
Füzyon reaksiyonları kadar güçlü, tek bir füzyon örneği hiç de tehlikeli değildir. Hidrojen bombaları muazzam güçlerini zincir reaksiyonlarından alıyor - çok sayıda ve çok sayıda çekirdeğin basamaklı füzyonu aynı anda.
Chicago Üniversitesi'nden Karliner ve Jonathan Rosner, böyle bir zincirleme reaksiyonun alt kuarklar ile mümkün olmayacağını belirledi ve yayınlamadan önce fikirlerini kabul eden meslektaşları ile özel olarak paylaştılar.
Karliner, "Bunun mikrosaniye boyunca herhangi bir askeri uygulaması olduğunu düşünürsem, yayınlamazdım." Dedi.
Bir zincirleme reaksiyonu ateşlemek için nükleer bomba yapımcılarının büyük parçacık yığınlarına ihtiyacı vardır. Ve alt kuarkların önemli bir özelliği, stoklanmasını imkansız hale getirir: Oluşturulduktan sadece 1 pikosaniye sonra varolmazlar veya yaklaşık bir süre boyunca tek bir tuz tanesinin uzunluğunun yarısını sürmek ışık alır. Bu zaman aralığından sonra, yukarı kuark olarak bilinen çok daha yaygın ve daha az enerjili bir atomaltı parçacığa dönüşürler.
Bilim adamları, mil uzunluğundaki parçacık hızlandırıcılarında alt kuarkların tek füzyon reaksiyonlarının üretilmesinin mümkün olabileceğini söyledi. Ancak araştırmacılar, bir hızlandırıcı içinde bile, dünyada herhangi bir hasar verecek kadar büyük miktarda kuark toplayamayacağını söyledi. Yani alt kuark bombaları konusunda endişelenmenize gerek yok.
Ancak keşif heyecan vericidir, çünkü atom altı parçacıkları enerjiyi serbest bırakacak şekilde bir araya getirmenin ilk teorik kanıtı olduğunu söyledi. Bu, Cenevre yakınlarındaki büyük parçacık-fizik laboratuvarı olan CERN'deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki bir deneyle mümkün kılınan çok küçük parçacıkların fiziğinde yepyeni bir bölge.
Fizikçiler bu keşfi şöyle yaptılar.
CERN'de, parçacıklar birbirine çarpmadan önce 17 mil uzunluğunda (27 kilometre) bir yeraltı halkasını hafif bir hızla yakalıyorlar. Bilim adamları daha sonra bu çarpışmalardan elde edilen verileri incelemek için güçlü bilgisayarlar kullanır ve bazen bu araştırmadan garip parçacıklar ortaya çıkar. Haziran ayında, bu çarpışmaların birinden elde edilen verilerde özellikle garip bir şey ortaya çıktı: "iki kat büyümüş" bir baryon veya kendisi "alt" ve "üst" kuarkların iki kuzeninden oluşan nötron ve protonun büyük bir kuzeni. "cazibe" kuarklar olarak bilinir.
Şimdi, çekicilik kuarkları, protonları ve nötronları oluşturan daha yaygın yukarı ve aşağı kuarklara kıyasla çok ağırdır. Ve ağır parçacıklar birbirine bağlandığında, kütlelerinin büyük bir parçasını bağlayıcı enerjiye dönüştürürler ve bazı durumlarda evrene kaçan bir sürü artık enerji üretir.
İki cazibesi kaynaştığında, Karliner ve Rosner, parçacıklar yaklaşık 130 MeV enerjiyle bağlanır ve kalan enerjide (deuteron-triton füzyon enerjisinin yaklaşık üçte ikisi) 12 MeV tükürür. Bu büyülü füzyon, bu ölçekte enerjinin bu şekilde yayıldığı tespit edilen parçacıkların ilk tepkisidir ve dün (1 Kasım) Nature dergisinde yayınlanan yeni çalışmanın ana sonucudur.
280 MeV enerjiyle bağlanan ve kaynaştıklarında 138 MeV tüküren iki kuarkın daha enerjik füzyonu, keşfedilen iki reaksiyondan ikincisidir ve daha güçlüdür.
Şimdiye kadar, bu reaksiyonlar tamamen teoriktir ve bir laboratuarda gösterilmemiştir. Bir sonraki adım yakında gelmelidir. Karliner, önümüzdeki birkaç yıl içinde CERN'de bu reaksiyonu gösteren ilk deneyleri görmeyi beklediğini söyledi.
Editörün Notu: Bu makale, en iyi kuarkların nötronları ve protonları oluşturduğunu söyleyen bir düzeltmeyi düzeltmek için güncellenmiştir. Yukarı ve aşağı kuarklar protonları ve nötronları oluşturur.
