Ученые хотели засекретить открытие «кваркового синтеза»

9 Ноября 2017 в 18:30, Илья Хель 18 476 просмотров 21

На изображении ниже можно увидеть грибное облако от взрыва Айви Майк в 1952 году, первой бомбы термоядерного синтеза, которую когда-либо взрывали. В процессе синтеза и деления ядер выделяется колоссальная энергия, благодаря которой мы сегодня до дрожи боимся ядерного оружия. На днях стало известно, что физики обнаружили еще более энергетически мощную субатомную реакцию, чем термоядерный синтез, которая протекает в масштабах кварков. К счастью, похоже, она не особо приспособлена для создания оружия.

Когда пара физиков заявила об открытии мощнейшего субатомного процесса, стало известно, что ученые хотели засекретить открытие, поскольку оно могло быть чересчур опасным для публики.

Был ли взрыв? Ученые показали, что две крошечные частицы, известные как нижние кварки, теоретически могут сливаться в мощной вспышке. Результат: большая субатомная частица, известная как нуклон, и куча энергии выплескиваются во вселенную. Этот «кварковый взрыв» мог бы стать еще более мощным субатомным аналогом термоядерных реакций, которые протекают в ядрах водородных бомб.


Кварки — это крошечные частицы, которые цепляются друг за друга, образуя нейтроны и протоны внутри атомов. Они бывают шести версий, или «ароматов»: верхний, нижний, очарованный, странный, самый верхний (истинный) и самый нижний (прелестный).

Энергетические события на субатомном уровне измеряются в мегаэлектронвольтах (МэВ), и когда два самых нижних кварка сливаются, физики обнаружили, что те выдают колоссальные 138 МэВ. Это примерно в восемь раз сильнее, чем отдельное ядерное слияние, которое происходит в водородных бомбах (полномасштабный взрыв бомбы состоит из миллиардов подобных событий). Водородные бомбы синтезируют вместе крошечные ядра водорода — дейтерий и тритий — с образованием ядер гелия и мощнейшего взрыва. Но каждая из отдельных реакций внутри такой бомбы высвобождает лишь 18 МэВ, по данным Nuclear Weapon Archive. Это намного меньше, чем при синтезе самых нижних кварков — 138 МэВ.

«Должен признаться, когда я впервые осознал, что такая реакция возможна, я испугался», говорит один из ученых Марек Карлайнер из Университета Тель-Авива в Израиле. «К счастью, все оказалось не так страшно».

При всей мощности реакций синтеза, отдельная реакция не так уж и опасна. Водородные бомбы извлекают свою ужасающую мощь из цепных реакций — каскадных слияний множества ядер одномоментно.

Карлайнер и Джонатан Рознер из Чикагского университета определили, что такая цепная реакция будет невозможна с участием прелестных кварков, и перед публикацией разделили свои опасения с коллегами, которые согласились с их выводом.

«Если бы я хотя бы на микросекунду задумался о том, что у такого процесса может быть военное применение, я бы не написал о нем», говорит Карлайнер.

Для запуска цепной реакции производителям ядерных бомб нужны внушительные запасы частиц. Важным свойством прелестных кварков является то, что их невозможно собрать в запасы: они перестают существовать спустя одну пикосекунду после создания, а за это время свет может пройти лишь половину длины гранулы соли. По истечении этого времени прелестный кварк распадается на более распространенный и менее энергетичный тип субатомной частицы — верхний кварк.

Можно создать отдельные реакции синтеза прелестных кварков в километровой трубе ускорителя частиц, говорит ученые. Но даже внутри ускорителя невозможно накопить достаточно большую массу кварков, чтобы нанести миру какой-либо ущерб. Поэтому переживать не о чем.

Само же открытие невероятно, потому что стало первым теоретическим доказательством того, что субатомные частицы можно синтезировать с выпуском энергии, говорит Карлайнер. Это совершенно новая территория в физике мельчайших частиц, которая открылась благодаря эксперименту на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН.

Вот как физики пришли к этому открытию.

В ЦЕРН частицы мчатся по 27-километровому кольцу под землей на скорости света, а потом сталкиваются. Затем ученые используют мощные компьютеры для просеивания данных этих столкновений, и в этих данных иногда возникают странные частицы. В июне, например, в данных показался «двукратно очарованный» барион, или громоздкий кузен нейтрона и протона, состоящий из двух кузенов «прелестного» и «верхнего» кварков — «очарованных» кварков.

Очарованные кварки очень тяжелые по сравнению с более распространенными верхними и нижними кварками, составляющими протоны и нейтроны. И когда тяжелые частицы связываются друг с другом, они преобразуют большой кусок своей массы в энергию связи, а в некоторых случаях и оставляют энергию, которая улетучивается во вселенную.

Карлайнер и Рознер выяснили, что когда два очарованных кварка сливаются, частицы связываются с энергией порядка 130 МэВ и выбрасывают 12 МэВ оставшейся энергии. Это слияние очарованных кварков было первой реакцией частиц такого масштаба, при которой была испущена энергия. Она и стала главным тезисом нового исследования, опубликованного 1 ноября в журнале Nature.

Еще более энергичное слияние двух прелестных кварков, которые связываются с энергией 280 МэВ и выбрасывают 138 МэВ при слиянии, стало второй и более мощной из двух обнаруженных реакций. Пока они остаются теоретическими и недоказанными в экспериментальных условиях. Следующий шаг вскоре последует. Карлайнер надеется, что первые эксперименты, демонстрирующие эту реакцию, будут проведены в ЦЕРН в течение следующих нескольких лет.

Ученые хотели засекретить открытие «кваркового синтеза»

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

21 комментарий

  1. sandy1906

    Что бы это нам дало на практике? (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  2. fallhall2

    примерно с такой силой бомбит пукан 138 МэВ, когда ты хочешь засекретить свой гуляш в холодильнике и тебя палят (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  3. Kvazar666

    Бред какой то, теперь что шарахаться от антивещества потому, что оно дает на еденицу в 150 раз больше энергии чем самая эффекттвная реакция синтеза, а эти йизики не додумались, что такое оружие имеет больше шансов спасти человечество чем его уничтожить.

  4. RikasEpta

    Раз в 10 тысяч лет физики земли собираются и производят столкновение кварков.

  5. kirfoton

    Кварки кварки... Хотелось бы почитать, как учёные решили проблему невылетания кварков из протонов о которой писали 10 или может больше лет назад. Это пытались объяснить уникальными силами, действующими между кварками - эти силы увеличивались при увеличении расстояния между частицами, как будто они связаны резинками . А обычные электрические, магнитные и гравитационные силы уменьшаются при увеличении расстояния. Интересно, как их изучают, не имея возможности получить в чистом виде ?

  6. ancient

    «Должен признаться, когда я впервые осознал, что такая реакция возможна, я испугался», говорит один из ученых Марек Карлайнер из Университета Тель-Авива в Израиле.
    Так испугался, что ажно штаны запачкал)) и это при том что эти тетракварки можно получить только в адронном коллайдере в штучных количествах, затратив на это энергии больше чем выделяется при их слиянии, и время жизни их измеряеться меньше наносекунды.

  7. viktor chibisov

    Согласно S_теории все элементарные частицы, в том числе кварки, состоят из симплов. Кварк u из четырех u-симплов (0,037926625 МэВ), кварк d из двух d-симплов (0,072133125 МэВ). Помимо них в нуклонах имеются еще 120 тау-симплов (7,733128152 МэВ) и изначально 122 мю-симплов (0,092914675 МэВ). Энергия, выделяющаяся при всех ядерных и субъядерных реакциях, является энергией лопающихся мю-симплов, которая переходит в основном в энергию гамма-квантов, с последующим ее преобразованием в другие виды энергии. При термоядерных реакциях лопается до половины мю-симплов. Кварки тоже лопаются при конфайнменте, но их вклад в энергию реакций значительно меньше. Можете прикинуть, что получится, если начнут лопаться тау-симплы. Это происходит при гравитационном сжатии нейтронных звезд в черные дыры. Наверное, в БАК и смогли разбить тау-симплы, но других вариантов, как это сделать пока не предвидится. Более подробно с S_теорией можно ознакомиться по ссылке:
    https://cloud.mail.ru/public/FniM/LALJcPuU4

    • Kvazar666

      viktor, Какие нафиг стмплы, проще поедставить тот факт, что при синтезе 4 протонов в ядро гелия 0,7% массы этих протонов превращается в энергию и еще +аннигиляция двух пар электрон/позитронов, в суме почти 26 Мэв.

    • Kvazar666

      viktor, Еще можно провратить 14 ядер гелия в ядро никеля 56+энергия его распада до железа-56+26*14, и того посчитай сколько можна получить при превращении 56 протонов в ядро железа 56.

    • sidius-dart

      viktor, Прочитал эту теорию. Мало математики. Расчеты скрыты. Только не пишите что я не понимаю физики! :-) молодцы авторы , труд колосальный. Из начальных постулатов следует что мир весь создан из фотонов электромагнитного излучения? И ничего больше не существует? И еще название теории при поиске в гугле дает на терию развития личности человека. !

  8. Pavel.Vorobev

    представьте: разгоняем протоны до энергии 8-10 Гэв, сталкиваем их лоб в лоб из тысяч протонов сталкиваются единицы. Из сталкнувшихся на один миллион (если хотите точнее смотрите статистику коллайдера) может быть один случай получится с тяжелым кварком, который через пикосекунду распадётся с выходом энергии, пусть 138 Мэв.
    На общем фоне этого единичного события сам удар протонов в сумме 16-20 Гэв выглядит как взрыв ручной гранаты по сравнению со спичкой.
    Помилуйте? какая бомба.
    Просто про коллайдер забыли, нужно создать рекламу и она удалась!!!
    Тысячи обывателей с нулевыми знаниями даже школьного курса взорвали соц сети...

  9. dmitry.nest

    страшно подумать, что будет при синтезе преонов или суперструн :D

  10. triodpentod

    в пивбаре поговаривают что скоро дойдёт очередь
    до тунеядцев синоптиков которые синекуры себе
    устроили сидят выдают бывшие близкие прогнозы
    и защищают диссертации про всё и ни о чём.
    ну а там рукой подать и до тунеядцев кварководов.))

  11. mars0h0d

    Журналисты - такие журналисты ...
    Про дефект масс кварков известно давно. Лет двадцать, наверное, если не больше :)
    Какие уж там секреты :)
    «Открой для себя Жилет Слалом Плюс»... LOL

  12. dvyliiki

    «Должен признаться, когда я впервые осознал, что такая реакция возможна, я испугался», говорит один из ученых Марек Карлайнер из Университета Тель-Авива в Израиле.
    Это что типа реклама из раздела английские учёные ? Бедолаги что обьявили видать не в курсе что физики давно уж обьявили о существовании аннигиляци электрон-позитронной пары.

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.