Una coppia di fisici ha annunciato la scoperta di un evento subatomico così potente che i ricercatori si sono chiesti se fosse troppo pericoloso rendere pubblico.
L'evento esplosivo? Il duo ha mostrato che due minuscole particelle note come quark bottom potrebbero teoricamente fondersi insieme in un potente lampo. Il risultato: una particella subatomica più grande, una seconda particella di riserva nota come un nucleone e un'intera confusione di energia che si riversa nell'universo. Questa "quarksplosion" sarebbe un analogo subatomico ancora più potente delle singole reazioni di fusione nucleare che avvengono nei nuclei delle bombe all'idrogeno.
I quark sono minuscole particelle che di solito si trovano aggrappate insieme per formare i neutroni e i protoni all'interno degli atomi. Sono disponibili in sei versioni o "sapori": su, giù, sopra, sotto, strano e affascinante.
Gli eventi energetici a livello subatomico sono misurati in megaelettronvolt (MeV) e quando due quark inferiori si fondono, i fisici hanno scoperto, producono un enorme 138 MeV. È circa otto volte più potente di uno dei singoli eventi di fusione nucleare che si svolgono nelle bombe all'idrogeno (un'esplosione di una bomba su larga scala è composta da miliardi di questi eventi). Le bombe H fondono insieme piccoli nuclei di idrogeno noti come deuteroni e tritoni per creare nuclei di elio, insieme alle esplosioni più potenti nell'arsenale umano. Ma ognuna di quelle reazioni individuali all'interno delle bombe rilascia solo circa 18 MeV, secondo il Nuclear Weapon Archive, un sito web dedicato alla raccolta di ricerche e dati sulle armi nucleari. Questo è molto meno dei 138 MeV dei quark bottom fondenti.
"Devo ammettere che quando mi sono reso conto per la prima volta che una simile reazione era possibile, avevo paura", ha detto Live Science al co-ricercatore Marek Karliner dell'Università di Tel Aviv in Israele. "Ma, per fortuna, è un pony con un trucco."
Per quanto potenti siano le reazioni di fusione, una singola istanza di fusione da sola non è affatto pericolosa. Le bombe all'idrogeno traggono il loro enorme potere dalle reazioni a catena: la fusione a cascata di molti e molti nuclei contemporaneamente.
Karliner e Jonathan Rosner, dell'Università di Chicago, hanno stabilito che una simile reazione a catena non sarebbe stata possibile con quark bottom e, prima della pubblicazione, hanno condiviso privatamente la loro intuizione con i colleghi, che hanno concordato.
"Se avessi pensato per un microsecondo che questo avesse applicazioni militari, non l'avrei pubblicato", ha detto Karliner.
Per innescare una reazione a catena, i produttori di bombe nucleari hanno bisogno di grandi scorte di particelle. E un'importante proprietà dei quark inferiori li rende impossibili da accumulare: fanno l'occhiolino dell'esistenza solo 1 picosecondo dopo la loro creazione, o in circa il tempo che impiega la luce a viaggiare per la metà della lunghezza di un singolo granello di sale. Dopo quel lasso di tempo, decadono in un tipo molto più comune e meno energico di particella subatomica, noto come quark up.
Gli scienziati hanno affermato che potrebbe essere possibile generare singole reazioni di fusione dei quark inferiori all'interno di acceleratori di particelle lunghi miglia. Ma anche all'interno di un acceleratore, non è stato possibile assemblare una massa abbastanza grande di quark per danneggiare il mondo, hanno detto i ricercatori. Quindi non c'è bisogno di preoccuparsi delle bombe a quark di fondo.
La scoperta è entusiasmante, però, perché è la prima prova teorica che è possibile fondere particelle subatomiche in modi che liberano energia, ha detto Karliner. È un territorio nuovo di zecca nella fisica delle particelle molto piccole, reso possibile da un esperimento nel Large Hadron Collider al CERN, l'enorme laboratorio di fisica delle particelle vicino a Ginevra.
Ecco come i fisici hanno fatto questa scoperta.
Al CERN, le particelle si snodano attorno a un anello sotterraneo lungo 27 miglia (27 chilometri) alla velocità della luce quasi prima di frantumarsi. Gli scienziati quindi usano potenti computer per setacciare i dati da quelle collisioni e a volte emergono strane particelle da quella ricerca. A giugno, qualcosa di particolarmente strano è emerso nei dati di una di quelle collisioni: un barione "doppiamente incantato", o un voluminoso cugino di neutroni e protoni, a sua volta costituito da due cugini dei quark "in basso" e "in alto" noto come quark "fascino".
Ora, i quark di fascino sono molto pesanti rispetto ai più comuni quark up e down che compongono protoni e neutroni. E quando le particelle pesanti si legano insieme, convertono una grande parte della loro massa in energia vincolante e, in alcuni casi, producono un mucchio di energia rimanente che fuoriesce nell'universo.
Quando due quark di fascino si fondono, Karliner e Rosner hanno scoperto, le particelle si legano con un'energia di circa 130 MeV e sputano 12 MeV in energia rimanente (circa i due terzi dell'energia della fusione deuterone-tritone). Quella fusione incantata è stata la prima reazione di particelle su questa scala mai emessa in questo modo, ed è il risultato principale del nuovo studio, pubblicato ieri (1 novembre) sulla rivista Nature.
La fusione ancora più energica di due quark inferiori, che si legano con un'energia di 280 MeV e sputano 138 MeV quando si fondono, è la seconda e più potente delle due reazioni scoperte.
Finora, queste reazioni sono del tutto teoriche e non sono state dimostrate in laboratorio. Il prossimo passo dovrebbe arrivare presto però. Karliner ha detto che si aspetta di vedere i primi esperimenti che mostrano questa reazione al CERN entro i prossimi due anni.
Nota dell'editore: Questo articolo è stato aggiornato per correggere un'affermazione secondo la quale i quark principali formano neutroni e protoni. I quark su e giù compongono protoni e neutroni.
