أعلن زوج من الفيزيائيين عن اكتشاف حدث دون ذري قوي للغاية لدرجة أن الباحثين تساءلوا عما إذا كان من الخطير جدًا الإعلان عنه.
الحدث المتفجر؟ أظهر الثنائي أن اثنين من الجسيمات الصغيرة المعروفة باسم الكواركات السفلية يمكن أن تندمج نظريًا معًا في ومضة قوية. والنتيجة: جسيم دون ذري أكبر ، وجسيم ثانٍ احتياطي يُعرف بالنواة ، وفوضى كاملة من الطاقة تتسرب إلى الكون. سيكون هذا "انفجار الكواركات" نظيرًا ذريًا أقوى من تفاعلات الاندماج النووي الفردي التي تحدث في نوى القنابل الهيدروجينية.
الكواركات عبارة عن جزيئات صغيرة تتواجد عادة تتماسك مع بعضها لتكوين النيوترونات والبروتونات داخل الذرات. تأتي في ستة إصدارات أو "نكهات": لأعلى ولأسفل وأعلى وأسفل وغريب وسحر.
يتم قياس الأحداث النشطة على المستوى دون الذري بالميغا إلكترون فولت (MeV) ، وعندما يندمج الكواركين السفليان ، كما وجد علماء الفيزياء ، ينتجون 138 ميجا فولت ضخمة. هذا أقوى بنحو ثمانية أضعاف من واحد من أحداث الاندماج النووي الفردية التي تحدث في القنابل الهيدروجينية (يتكون انفجار قنبلة واسع النطاق من مليارات من هذه الأحداث). تندمج القنابل H معًا نوى هيدروجينية صغيرة تُعرف باسم الديوترون والتريتون لتكوين نوى الهيليوم ، جنبًا إلى جنب مع أقوى الانفجارات في الترسانة البشرية. لكن كل من ردود الفعل الفردية داخل القنابل تطلق حوالي 18 MeV فقط ، وفقًا لأرشيف الأسلحة النووية ، وهو موقع مخصص لجمع الأبحاث والبيانات حول الأسلحة النووية. هذا أقل بكثير من 138 ميجا فولت من الكواركات السفلية.
وقال الباحث المشارك ماريك كارلينر من جامعة تل أبيب في إسرائيل لـ Live Science: "يجب أن أعترف أنه عندما أدركت لأول مرة أن رد الفعل هذا كان ممكنًا ، كنت خائفة". "ولكن ، لحسن الحظ ، إنها خدعة واحدة."
على الرغم من قوة تفاعلات الانصهار ، فإن مثيل واحد من الانصهار بحد ذاته ليس خطيرًا على الإطلاق. تستمد القنابل الهيدروجينية قوتها الهائلة من التفاعلات المتسلسلة - الاندماج المتتالي للكثير والكثير من النوى دفعة واحدة.
قرر كارلينر وجوناثان روزنر ، من جامعة شيكاغو ، أن مثل هذا التفاعل المتسلسل لن يكون ممكنًا مع الكواركات السفلية ، وقبل النشر ، شاركوا بصائرهم بشكل خاص مع زملائهم الذين وافقوا.
وقال كارلينر "إذا فكرت في وجود ميكروثانية أن هذا له أي تطبيقات عسكرية ، لما كنت سأنشره".
لإثارة رد فعل متسلسل ، يحتاج صانعو القنابل النووية إلى مخزونات كبيرة من الجسيمات. كما أن خاصية مهمة من الكواركات السفلية تجعل من المستحيل تخزينها: فهي تهدأ من الوجود بعد 1 بيكو ثانية فقط بعد إنشائها ، أو في الوقت الذي يستغرقه السفر نصف طول حبة واحدة من الملح. بعد هذه الفترة الزمنية ، تتحلل إلى نوع أكثر شيوعًا وأقل طاقة من الجسيمات دون الذرية ، والمعروفة باسم الكوارك العلوي.
وقال العلماء إنه قد يكون من الممكن توليد تفاعلات انصهار وحيدة للكواركات السفلية داخل مسرعات الجسيمات التي تمتد لأميال. وقال الباحثون إنه حتى داخل المعجل ، لا يمكن للمرء تجميع كتلة كبيرة بما يكفي من الكواركات لإحداث أي ضرر في العالم. لذا لا داعي للقلق بشأن قنابل الكوارك السفلي.
وقال كارلينر إن هذا الاكتشاف مثير لأنه أول دليل نظري على أنه من الممكن دمج الجسيمات دون الذرية معًا بطرق تطلق الطاقة. هذه منطقة جديدة تمامًا في فيزياء الجسيمات الدقيقة جدًا ، والتي أصبحت ممكنة من خلال تجربة في مصادم هادرون الكبير في CERN ، مختبر فيزياء الجسيمات الضخم بالقرب من جنيف.
إليكم كيف قام الفيزيائيون بهذا الاكتشاف.
في CERN ، تدور الجسيمات حول حلقة تحت الأرض بطول 17 ميلًا (27 كيلومترًا) بسرعة قريبة من الضوء قبل تحطيم بعضها البعض. ثم يستخدم العلماء أجهزة كمبيوتر قوية للتنقل عبر البيانات من تلك التصادمات ، وتظهر أحيانًا جزيئات غريبة من هذا البحث. في يونيو ، ظهر شيء غريب بشكل خاص في البيانات من أحد تلك التصادمات: باريون "ساحر بشكل مضاعف" ، أو ابن عم ضخم من النيوترون والبروتون ، يتكون نفسه من اثنين من أقارب الكواركات "القاع" و "العلوي" تعرف باسم الكواركات "سحر".
الآن ، الكواركات الساحرة ثقيلة جدًا مقارنة بالكواركات الصاعدة والهابطة الأكثر شيوعًا التي تشكل البروتونات والنيوترونات. وعندما ترتبط الجسيمات الثقيلة ببعضها البعض ، فإنها تحول جزءًا كبيرًا من كتلتها إلى طاقة ربط ، وفي بعض الحالات ، تنتج مجموعة من الطاقة المتبقية التي تهرب إلى الكون.
عند اندماج اثنين من الكواركات الساحرة ، وجد كارلينر وروزنر ، ترتبط الجسيمات بطاقة حوالي 130 MeV وتبصق 12 MeV في الطاقة المتبقية (حوالي ثلثي طاقة اندماج deuteron-triton). كان هذا الانصهار الساحر هو أول رد فعل للجسيمات على هذا المقياس تم اكتشافه على الإطلاق لانبعاث الطاقة بهذه الطريقة ، وهو النتيجة الرئيسية للدراسة الجديدة التي تم نشرها أمس (1 نوفمبر) في مجلة Nature.
يعد الاندماج الأكثر نشاطًا بين الكواركين القاعين ، اللذين يرتبطان بطاقة 280 ميجا فولت ويخرجان 138 ميجا فولت عندما يندمجان ، هو الثاني ، والأكثر قوة من التفاعلين اللذين تم اكتشافهما.
حتى الآن ، هذه التفاعلات نظرية تمامًا ولم يتم إثباتها في المختبر. يجب أن تأتي هذه الخطوة التالية قريبًا بالرغم من ذلك. قال كارلينر إنه يتوقع أن يرى التجارب الأولى التي تظهر رد الفعل هذا في CERN خلال العامين المقبلين.
ملحوظة المحرر: تم تحديث هذه المقالة لتصحيح بيان يقول أن الكواركات العليا تشكل النيوترونات والبروتونات. تشكل الكواركات العلوية والسفلية البروتونات والنيوترونات.
