Mihail stories

A pair of physicists discovered a new kind of fusion that occurs between quarks and they were so concerned with its power they almost didn’t publish the results. It could have been the dawning of a new subatomic age. But as they’ve explored the idea they’ve discovered there are limits to its potential that we can be both disappointed by and thankful for all at once.

The discovery of this highly energetic form of fusion between quarks comes with limits that make it an unlikely candidate for any kind of fuel source of the future. But it also means we won’t see it become the next generation of nuclear weapon.
„I must admit that when I first realised that such a reaction was possible, I was scared,” Marek Karliner of Tel Aviv University toldRafi Letzter at Live Science. „But, luckily, it is a one-trick pony.”

For over a century, we’ve understood that the particles making up the nucleus of an atom are held in place by an impressive amount of energy. Splitting them apart in an act called nuclear fission can release some of this energy. Joining them together under what’s called fusion can potentially release even more energy.
Both have benevolent and offensive applications as power sources and devastatingly dangerous weapons, so Karliner and his colleague Jonathan L. Rosner can’t be blamed for taking the time to triple check their sums.

Rather than rearranging protons and neutrons, the pair investigated the smaller particles inside them – called quarks – rearranging in a similar way. Quarks come in a variety of flavours with different masses and odd sounding names: up, down, charm, strange, top, and bottom.
Quarks can bond with one another in groups of three called baryons. The baryon Xi cc++, for instance, is made of two charm quarks and one up quark, which is a lot heavier than the up and down quarks you’ll find in protons and neutrons.
The conversion of mass to energy (thanks, Einstein!) is where fission and fusion power come from, so comparing the energy in atomic energy to this new subatomic process gives us a sense of how much power is lurking inside.
If we take deuterium (proton plus a neutron) and add energy to squish it against some tritium (proton plus two neutrons), it will scramble to make helium (two protons and two neutrons). That last neutron runs from the scene of the crime. For your effort, you get 17.6 megaelectron volts and an H-bomb. Karliner and Letzter ultimately calculated the fusing of the charm quarks in the recent LHC discovery would release 12 megaelectron volts. Not bad for two itty-bitty particles.
But if we were using another pair of heavy quarks? Bottom quarks, for example? That becomes an astonishing 138 megaelectron volts. We’d like to imagine this caused the physicists to tap wildly at their calculator screens.
Given such impressive energy output, our first reaction would be jubilation at a new way to produce copious amounts of energy from a small handful of materials. Followed by images of mushroom clouds. But, as it turns out, neither will happen.

Unlike atoms, bottom quarks can’t be shoved into a flask and packed into a shell. They exist for something in the order of a picosecond following atomic wrecks inside particle accelerators, before transforming into the much lighter up quark.
That leaves quark bombs and quark fusion drives to science fiction authors, and, thankfully, well out of the hands of rogue nations and terrorist cells. But while we lament or relax, depending on perspective, it’s an amazing insight into the nature of mass and energy and how things always get weirder at the quantum scale.

Quark Fusion Photograph by Giroscience/science Photo Library

Doi fizicieni au descoperit un nou tip de fuziune care are loc între quarci și au fost atât de speriați de puterea sa, încât aproape că nu au publicat rezultatele. Ar fi putut fi începutul unei noi ere subatomice. Dar, pe măsură ce au avansat în cercetări, au descoperit că există limite ale potențialului ei de care putem fi atât dezamăgiți, cât și recunoscători.

Descoperirea acestei forme extrem de energetice de fuziune între quarci vine cu limite care o fac un candidat improbabil pentru orice fel de sursă de combustibil a viitorului. Dar înseamnă, de asemenea, că nu o vom vedea devenind următoarea generație de arme nucleare.

„Trebuie să recunosc că atunci când mi-am dat seama că o astfel de reacție este posibilă, m-am speriat”, i-a spus Marek Karliner de la Universitatea din Tel Aviv pentru Rafi Letzter la Live Science. „Dar, din fericire, este doar o găselniță”.

De peste un secol, am înțeles că particulele care formează nucleul unui atom sunt menținute în loc de o cantitate impresionantă de energie. Împărțirea lor într-un act numit fisiune nucleară poate elibera o parte din această energie. Unirea lor sub ceea ce se numește fuziune poate elibera și mai multă energie.
Ambele au și aplicații bune, dar și rele ca surse de energie și arme devastator de periculoase, așa că teama luiKarliner și a colegul său Jonathan L. Rosner e de înțeles.

În loc să rearanjeze protonii și neutronii, perechea a investigat particulele mai mici din interiorul lor – numite quarci – rearanjandu-se într-un mod similar. Quarcii vin într-o varietate de arome, cu mase diferite și nume care sună ciudat:up, down, charm, strange, top, and bottom.

Quarcii se pot lega unul cu altul în grupuri de trei numite barioni. Barionul Xi cc++, de exemplu, este format din doi cuarci de farmec și un cuarc up, care este mult mai greu decât cuarcii sus și jos pe care îi veți găsi în protoni și neutroni.

Conversia masei în energie (mulțumesc, Einstein!) este proprietatea de unde provine puterea de fisiune și fuziune, așa că compararea energiei din energia atomică cu acest nou proces subatomic ne oferă o idee despre cât de multă putere se ascunde în interior.

Dacă luăm deuteriu (proton plus un neutron) și adăugăm energie pentru a-l transforma în tritiu (proton plus doi neutroni), acesta se va lupta pentru a se face heliu (doi protoni și doi neutroni). Ultimul neutron fuge de la locul crimei. Obții un plus de 17,6 megaelectroni volți și o bombă H. Karliner și Letzter au calculat în cele din urmă că fuziunea quarcilor farmec în recenta descoperire a LHC ar elibera 12 megaelectroni volți. Nu e rău pentru două particule mici.

Dar dacă am folosi o altă pereche de quarci grei? Cuarcii de fund, de exemplu? Asta devine uimitor de 138 de megaelectroni volți. Ne-am dori să ne imaginăm că acest lucru i-a determinat pe fizicieni să-și ia lumea în cap.

Având în vedere o producție de energie atât de impresionantă, prima noastră reacție ar fi jubilarea față de o nouă modalitate de a produce cantități mari de energie dintr-o cantitate mică de materiale. Ce urmează e de imaginat: alte ciuperci atomice. Dar, după cum se dovedește, asta nu se va întâmpla.

Spre deosebire de atomi, quarcii grei nu pot fi închiși într-un balon și împachetați în straturi. Ei există doar câteva picosecunde în urma epavelor atomice din interiorul acceleratoarelor de particule, înainte de a se transforma în cuarcii ușori.

Asta lasă deocamdată bombele cu cuarci și unitățile de fuziune cu cuarci în seama autorilor de science-fiction și, din fericire, departe de mâinile națiunilor necinstite și ale celulelor teroriste. Dar în timp ce ne plângem, sau ne relaxăm, în funcție de perspectivă, avem o perspectivă uimitoare asupra naturii masei și energiei și despre modul în care lucrurile devin din ce în ce mai ciudate la scara cuantică.

Sursă: