זוג פיזיקאים הודיעו על גילוי אירוע תת-אטומי עוצמתי כל כך שהחוקרים תהו אם זה מסוכן מכדי לפרסם את הציבור.
האירוע הנפיץ? הצמד הראה ששני חלקיקים זעירים המכונים קווארקים תחתונים יכולים תיאורטית להתמזג יחד בהבזק עוצמתי. התוצאה: חלקיק תת-אטומי גדול יותר, חלקיק שני, חילוף המכונה נוקלאון, ובלגן שלם של אנרגיה הנשפכת ליקום. "פיצוץ קווארקים" זה יהיה אנלוגי תת אטומי חזק עוד יותר לתגובות האיחוי הגרעיני הבודד המתרחשות בליבות פצצות מימן.
הקווארקים הם חלקיקים זעירים הנמצאים בדרך כלל דבקים זה בזה כדי להרכיב את הנויטרונים והפרוטונים בתוך האטומים. הם מגיעים בשש גרסאות או "טעמים": למעלה, למטה, למעלה, למטה, מוזר וקסם.
אירועים אנרגטיים ברמה התת אטומית נמדדים במגה-אלקטרוולטים (MeV), וכששני הקווארקים התחתונים מתמזגים, כך מצאו הפיזיקאים, הם מייצרים 138 MeV עצומים. זה חזק פי שמונה מאחד מאירועי האיחוי הגרעיני הבודד שמתרחשים בפצצות מימן (הפיצוץ בקנה מידה מלא מורכב ממיליארדים מהאירועים האלה). פצצות H מפרכות יחד גרעיני מימן זעירים המכונים deuterons וטריטונים ליצירת גרעיני הליום, יחד עם הפיצוצים החזקים ביותר בארסנל האנושי. אולם כל אחת מהתגובות האינדיבידואליות בתוך הפצצות משחררת רק כ -18 MeV, על פי ארכיון הנשק הגרעיני, אתר המוקדש לאיסוף מחקרים ונתונים על נשק גרעיני. זה הרבה פחות מאשר 138 MeV של קוורקים תחתונים המתמזגים.
"אני חייב להודות שכשהבנתי לראשונה שתגובה כזו אפשרית, פחדתי", אמר לחוקר המשותף מארק קרלינר מאוניברסיטת תל אביב בישראל ל- Live Science. "אבל למרבה המזל, זה פוני עם טריק אחד."
חזקה כמו תגובות היתוך, מופע יחיד של היתוך בפני עצמו אינו מסוכן כלל. פצצות מימן שואבות את כוחן העצום מתגובות שרשרת - המיזוג המפלס של המון והרבה גרעינים בבת אחת.
קרלינר וג'ונתן רוזנר מאוניברסיטת שיקגו, קבעו כי תגובת שרשרת כזו לא תתאפשר עם הקווארקים התחתונים, ולפני הפרסום, חלקו באופן פרטי את התובנות שלהם עם עמיתים, שהסכימו.
"אם הייתי חושב לפרק זמן של מיקרו שיש לזה יישומים צבאיים, לא הייתי מפרסם את זה," אמר קרלינר.
כדי לעורר תגובת שרשרת, יצרני הפצצה הגרעינית זקוקים למלאי גדול של חלקיקים. ותכונה חשובה של קווארקים תחתונים לא מאפשרת להם להצטבר: הם קורצים מהקיום רק פיקוס שנייה לאחר שהם נוצרו, או בערך בזמן שלוקח לאורכו לנסוע במחצית האורך של גרגיר מלח בודד. לאחר פרק הזמן הזה הם מתפרקים לסוג חלקיקי תת-אטומי הרבה יותר נפוץ ופחות אנרגטי, המכונה "הקווארק למעלה".
יתכן שניתן יהיה ליצור תגובות היתוך בודדות של קווארקים תחתונים בתוך מאיצי החלקיקים באורך קילומטרים, אמרו המדענים. אבל אפילו בתוך מאיץ, אי אפשר היה להרכיב מסה גדולה של קווארקים בכדי לגרום נזק בעולם, כך אמרו החוקרים. כך שאין צורך לדאוג לפצצות קווארק התחתונות.
הגילוי מלהיב, מכיוון שזו ההוכחה התיאורטית הראשונה שאפשר להמיס חלקיקים תת-אטומיים יחד בדרכים המשחררות אנרגיה, אמר קרלינר. זוהי טריטוריה חדשה לגמרי בפיזיקה של חלקיקים זעירים מאוד, המתאפשרת על ידי ניסוי ב- Large Hadron Collider ב- CERN, המעבדה המסיבית לפיזיקת החלקיקים ליד ז'נבה.
כך גילו הפיזיקאים תגלית זו.
ב- CERN, חלקיקים מתרוצצים סביב תת קרקעי באורך 17 מייל (27 קילומטר) במהירות טבעת קלה לפני שהם מתנפצים זה לזה. לאחר מכן המדענים משתמשים במחשבים רבי עוצמה כדי לנפות את הנתונים מאותם התנגשויות, וחלקיקים מוזרים לפעמים יוצאים מאותו מחקר. ביוני, משהו מוזר במיוחד התגלה בנתונים מאחת מאותן התנגשויות: בריון "קסום כפליים", או בן דוד מגושם של הנויטרון והפרוטון, עצמו מורכב משני בני דודים מהקווארקים "התחתונים" וה"עליונים ". המכונה קווארקים "קסם".
כעת, קווארקי הקסם כבדים מאוד בהשוואה לקווארקים העליונים והמטה הנפוצים יותר המרכיבים פרוטונים ונויטרונים. וכאשר חלקיקים כבדים נקשרים זה לזה, הם ממירים נתח גדול מהמסה שלהם לאנרגיה מחייבת, ובמקרים מסוימים מייצרים חבורה של אנרגיית שאריות שנמלטת ליקום.
כששני קווארקי קסם מתמזגים, מצאו קרלינר ורוזנר, החלקיקים נקשרים באנרגיה של בערך 130 MeV ומפלטים 12 MeV באנרגיה שנותרה (כשני שלישים מהאנרגיה של פיוז'ן דה-טריטון). האיחוי המקסים הזה היה התגובה הראשונה של חלקיקים בסולם זה שנמצאו אי פעם לפלוט אנרגיה בדרך זו, והיא תוצאת הכותרת של המחקר החדש שפורסם אתמול (1 בנובמבר) בכתב העת Nature.
המיזוג האנרגטי עוד יותר בין שני קווארקים תחתונים, הנקשרים באנרגיה של 280 MeV ומפלטים 138 MeV כשהם מתמזגים, הוא השני והחזק יותר מבין שתי התגובות שהתגלו.
עד כה, התגובות הללו הן תיאורטיות לחלוטין ולא הוכחו במעבדה. הצעד הבא הזה אמור להגיע בקרוב. קרלינר אמר שהוא מצפה לראות את הניסויים הראשונים המראים תגובה זו ב- CERN במהלך השנים הבאות.
הערת העורך: מאמר זה עודכן כדי לתקן הצהרה לפיה הקווארקים המובילים מהווים נויטרונים ופרוטונים. קווארקים מעלה ומטה מרכיבים פרוטונים ונויטרונים.
