Nell'immagine qui sotto, puoi vedere il fungo atomico dell'esplosione di Ivy Mike del 1952, la prima bomba a fusione mai fatta esplodere. Nel processo di fusione e fissione dei nuclei, viene rilasciata energia colossale, grazie alla quale oggi abbiamo tremendamente paura delle armi nucleari. Recentemente si è saputo che i fisici hanno scoperto una reazione subatomica ancora più energeticamente potente della fusione termonucleare, che avviene sulla scala dei quark. Fortunatamente, non sembra essere particolarmente adatta per la creazione di armi.
Quando una coppia di fisici ha annunciato la scoperta di un potente processo subatomico, si è saputo che gli scienziati volevano classificare la scoperta, perché poteva essere troppo pericolosa per il pubblico.
C'è stata un'esplosione? Gli scienziati hanno dimostrato che due minuscole particelle note come quark down potrebbero teoricamente fondersi in un potente scoppio. Il risultato: una grande particella subatomica nota come nucleone e un mucchio di energia che spruzza nell'universo. Questa "esplosione di quark" potrebbe diventare un analogo subatomico ancora più potente delle reazioni termonucleari che avvengono nei nuclei delle bombe all'idrogeno.
I quark sono minuscole particelle che si attaccano l'una all'altra per formare neutroni e protoni all'interno degli atomi. Sono disponibili in sei versioni, o "sapori": superiore, inferiore, incantato, strano, superiore (vero) e inferiore (adorabile).
Gli eventi energetici a livello subatomico sono misurati in megaelettronvolt (MeV) e quando i due quark più bassi si fondono, i fisici hanno scoperto che emettono un enorme 138 MeV. Questo è circa otto volte più forte della singola fusione nucleare che si verifica nelle bombe all'idrogeno (un'esplosione di una bomba su vasta scala è composta da miliardi di eventi simili). Le bombe all'idrogeno fondono insieme minuscoli nuclei di idrogeno - deuterio e trizio - per formare nuclei di elio e una potente esplosione. Ma ciascuna delle singole reazioni all'interno di una tale bomba rilascia solo 18 MeV, secondo l'Archivio delle armi nucleari. Questo è molto meno che nella fusione dei quark più bassi - 138 MeV.
"Devo ammettere che, quando mi sono reso conto per la prima volta che una simile reazione era possibile, mi sono spaventato", dice uno degli scienziati, Marek Karliner dell'Università di Tel Aviv in Israele. "Fortunatamente, non era poi così male."
Con tutta la potenza delle reazioni di fusione, una singola reazione non è poi così pericolosa. Le bombe all'idrogeno traggono il loro potere terrificante dalle reazioni a catena: la fusione a cascata di molti nuclei contemporaneamente.
Video promozionale:
Carliner e Jonathan Rosner dell'Università di Chicago hanno stabilito che una tale reazione a catena non sarebbe stata possibile con quark carini e prima della pubblicazione hanno condiviso le loro preoccupazioni con i colleghi che erano d'accordo con la loro conclusione.
"Se pensassi per un microsecondo all'uso militare di un simile processo, non ne scriverei", afferma Carliner.
Per innescare una reazione a catena, i produttori di bombe nucleari hanno bisogno di una quantità impressionante di particelle. Una proprietà importante dei quark graziosi è che non possono essere raccolti in scorte: cessano di esistere dopo un picosecondo dopo la creazione e durante questo periodo la luce può viaggiare solo la metà della lunghezza di un granulo di sale. Dopo quel tempo, il grazioso quark decade in un tipo di particella subatomica più comune e meno energetico: il quark up.
È possibile creare reazioni separate di fusione di graziosi quark in un tubo lungo un chilometro di un acceleratore di particelle, dicono gli scienziati. Ma anche all'interno dell'acceleratore è impossibile accumulare una massa di quark abbastanza grande da causare danni al mondo. Pertanto, non c'è nulla di cui preoccuparsi.
La scoperta stessa è incredibile perché è stata la prima prova teorica che le particelle subatomiche possono essere sintetizzate con il rilascio di energia, afferma Carliner. Si tratta di un territorio completamente nuovo nella fisica delle particelle più piccole, che è stato aperto grazie a un esperimento al Large Hadron Collider del CERN.
È così che i fisici sono arrivati a questa scoperta.
Al CERN, le particelle percorrono un anello sotterraneo di 27 chilometri alla velocità della luce e poi si scontrano. Gli scienziati utilizzano quindi potenti computer per setacciare i dati di queste collisioni e talvolta in quei dati compaiono strane particelle. In giugno, ad esempio, i dati hanno mostrato un barione "doppiamente incantato", o un cugino voluminoso del neutrone e del protone, composto da due cugini dei quark "carino" e "alto" - i quark "incantati".
I quark charmed sono molto pesanti rispetto ai più comuni quark up e down che compongono protoni e neutroni. E quando le particelle pesanti si legano l'una all'altra, convertono una grossa fetta della loro massa in energia di legame e in alcuni casi lasciano energia che fuoriesce nell'universo.
Carliner e Rosner hanno scoperto che quando due quark incantati si fondono, le particelle si legano con energie dell'ordine di 130 MeV ed espellono 12 MeV dell'energia rimanente. Questa fusione di quark incantati è stata la prima reazione delle particelle di questa grandezza a rilasciare energia. È diventata la tesi principale di un nuovo studio pubblicato il 1 ° novembre sulla rivista Nature.
La fusione ancora più energetica di due graziosi quark, che si legano a 280 MeV ed emettono 138 MeV quando si fondono, è la seconda e più potente delle due reazioni trovate. Mentre rimangono teorici e non dimostrati in condizioni sperimentali. Il prossimo passo seguirà a breve. Carliner spera che i primi esperimenti che dimostreranno questa reazione saranno condotti al CERN nei prossimi anni.
Ilya Khel
