Một cặp nhà vật lý tuyên bố phát hiện ra một sự kiện hạ nguyên tử mạnh đến mức các nhà nghiên cứu tự hỏi liệu nó có quá nguy hiểm để công khai hay không.
Sự kiện bùng nổ? Bộ đôi này cho thấy hai hạt nhỏ được gọi là quark đáy có thể hợp nhất về mặt lý thuyết với nhau trong một ánh chớp mạnh mẽ. Kết quả: một hạt hạ nguyên tử lớn hơn, hạt thứ hai, dự phòng được gọi là hạt nhân và toàn bộ mớ năng lượng tràn ra vũ trụ. "Quarkplumping" này sẽ là một chất tương tự hạ nguyên tử mạnh hơn nữa của các phản ứng tổng hợp hạt nhân riêng lẻ diễn ra trong lõi của bom hydro.
Quark là các hạt nhỏ thường được tìm thấy bám vào nhau để tạo thành neutron và proton bên trong các nguyên tử. Chúng có sáu phiên bản hoặc "hương vị": lên, xuống, trên, dưới, lạ và quyến rũ.
Các sự kiện năng lượng ở cấp độ hạ nguyên tử được đo bằng megaelectronvolts (MeV), và khi hai quark đáy hợp nhất, các nhà vật lý tìm thấy, chúng tạo ra một con số khổng lồ 138 MeV. Đó là mạnh hơn gấp tám lần so với một trong những sự kiện hợp hạch hạt nhân riêng lẻ diễn ra trong bom hydro (một vụ nổ bom quy mô đầy đủ bao gồm hàng tỷ sự kiện này). Bom H hợp nhất với các hạt nhân hydro nhỏ được gọi là deuteron và triti để tạo ra hạt nhân helium, cùng với các vụ nổ mạnh nhất trong kho vũ khí của con người. Nhưng mỗi phản ứng riêng lẻ bên trong bom chỉ phát hành khoảng 18 MeV, theo Lưu trữ Vũ khí Hạt nhân, một trang web chuyên thu thập nghiên cứu và dữ liệu về vũ khí hạt nhân. Đó là ít hơn nhiều so với 138 MeV của quark đáy hợp nhất.
"Tôi phải thừa nhận rằng khi lần đầu tiên tôi nhận ra rằng một phản ứng như vậy là có thể, tôi đã sợ hãi", đồng nghiên cứu Marek Karliner của Đại học Tel Aviv ở Israel nói với Live Science. "Nhưng, may mắn thay, nó là một con ngựa một mánh."
Mạnh mẽ như phản ứng nhiệt hạch là vậy, một trường hợp hợp nhất tự nó không hề nguy hiểm. Bom hydro có được sức mạnh to lớn của chúng từ các phản ứng dây chuyền - sự hợp nhất tầng của rất nhiều hạt nhân cùng một lúc.
Karliner và Jonathan Rosner, thuộc Đại học Chicago, đã xác định rằng phản ứng dây chuyền như vậy sẽ không thể xảy ra với các quark dưới cùng, và trước khi xuất bản, đã chia sẻ cái nhìn sâu sắc của họ với các đồng nghiệp, những người đồng ý.
"Nếu tôi nghĩ trong một phần triệu giây rằng điều này có bất kỳ ứng dụng quân sự nào, thì tôi đã không công bố nó", Karliner nói.
Để châm ngòi cho một phản ứng dây chuyền, các nhà sản xuất bom hạt nhân cần một kho dự trữ lớn các hạt. Và một tính chất quan trọng của quark đáy khiến chúng không thể dự trữ: Chúng nháy mắt với sự tồn tại chỉ 1 pico giây sau khi chúng được tạo ra, hoặc trong khoảng thời gian ánh sáng để di chuyển một nửa chiều dài của một hạt muối. Sau khoảng thời gian đó, chúng phân rã thành một loại hạt hạ nguyên tử phổ biến hơn và ít năng lượng hơn, được gọi là quark lên.
Nó có thể là có thể tạo ra phản ứng nhiệt hạch duy nhất của quark đáy bên trong máy gia tốc hạt dặm dài, các nhà khoa học cho biết. Nhưng ngay cả bên trong máy gia tốc, người ta không thể lắp ráp một khối lượng quark đủ lớn để gây ra bất kỳ thiệt hại nào trên thế giới, các nhà nghiên cứu cho biết. Vì vậy, không cần phải lo lắng về bom quark dưới cùng.
Tuy nhiên, phát hiện này rất thú vị bởi vì đây là bằng chứng lý thuyết đầu tiên cho thấy có thể hợp nhất các hạt hạ nguyên tử lại với nhau theo cách giải phóng năng lượng, Karliner nói. Đó là lãnh thổ hoàn toàn mới trong vật lý của các hạt rất nhỏ, được thực hiện bởi một thí nghiệm trong Máy va chạm Hadron lớn tại CERN, phòng thí nghiệm vật lý hạt khổng lồ gần Geneva.
Đây là cách các nhà vật lý thực hiện khám phá này.
Tại CERN, các hạt nén quanh một vòng ngầm dài 17 dặm (27 km) với tốc độ gần bằng ánh sáng trước khi đập vào nhau. Các nhà khoa học sau đó sử dụng các máy tính mạnh mẽ để sàng lọc dữ liệu từ những va chạm đó và các hạt lạ đôi khi xuất hiện từ nghiên cứu đó. Vào tháng 6, một thứ đặc biệt kỳ lạ xuất hiện trong dữ liệu từ một trong những va chạm đó: một baryon "quyến rũ gấp đôi", hoặc một người anh em cồng kềnh của neutron và proton, được tạo thành từ hai anh em họ của quark "đáy" và "trên cùng" được gọi là quark "quyến rũ".
Bây giờ, các quark quyến rũ rất nặng so với các quark lên xuống phổ biến hơn tạo nên các proton và neutron. Và khi các hạt nặng liên kết với nhau, chúng biến một khối lớn khối lượng của chúng thành năng lượng liên kết, và trong một số trường hợp, tạo ra một loạt năng lượng còn sót lại thoát vào vũ trụ.
Khi hai hạt quark quyến rũ, Karliner và Rosner tìm thấy, các hạt liên kết với năng lượng khoảng 130 MeV và phun ra 12 MeV trong năng lượng còn sót lại (khoảng hai phần ba năng lượng của phản ứng tổng hợp deuteron-triton). Sự hợp nhất quyến rũ đó là phản ứng đầu tiên của các hạt trên thang đo này từng được phát hiện để phát ra năng lượng theo cách này, và là kết quả tiêu đề của nghiên cứu mới, được công bố ngày hôm qua (1 tháng 11) trên tạp chí Nature.
Sự hợp nhất thậm chí còn mạnh mẽ hơn của hai quark đáy, liên kết với năng lượng 280 MeV và phun ra 138 MeV khi chúng hợp nhất, là phản ứng thứ hai và mạnh hơn trong hai phản ứng được phát hiện.
Cho đến nay, những phản ứng này hoàn toàn là lý thuyết và chưa được chứng minh trong phòng thí nghiệm. Đó là bước tiếp theo nên đến sớm mặc dù. Karliner cho biết ông hy vọng sẽ thấy các thí nghiệm đầu tiên cho thấy phản ứng này tại CERN trong vài năm tới.
Lưu ý của biên tập viên: Bài viết này đã được cập nhật để sửa một tuyên bố nói rằng các quark hàng đầu tạo nên neutron và proton. Các quark lên và xuống tạo thành các proton và neutron.
