كشفت دراسة نشرت في مجلة Nature شارك فيها أحد باحثي MTA عن عملية أقوى بـ 8 مرات من اندماج الهيدروجين في قنبلة ذرية

أثار البحث الذي أجراه البروفيسور مارك كارلينر من جامعة تل أبيب وزميله جوناثان روزنر من جامعة شيكاغو صدى في وسائل الإعلام. وفي مقابلة مع الموقع يؤكد العالم كارلينر: الكواركات المعنية تعيش جزءًا صغيرًا جدًا من الثانية ولا يمكن تخزينها

نجحت دراسة نظرية شارك فيها باحث إسرائيلي في إثارة أصداء في الأوساط العلمية بعد نشرها يوم الخميس في مجلة نيتشر، والتي أرفقتها أيضا بمقالات توضيحية للقراء الذين ليسوا على دراية بتفاصيل الفيزياء.

واحدة من أكثر العمليات حيوية في الطبيعة هي عملية اندماج الهيدروجين، حيث تشكل ذرتان هيدروجين ثقيلتان (الديوتيريوم والتريتيوم) ذرة الهيليوم بينما تحول بقية الكتلة إلى طاقة. تحدث هذه العملية بشكل طبيعي في النجوم مثل الشمس، وبشكل مصطنع في القنابل الهيدروجينية. الآن اتضح، على الأقل من الناحية النظرية، أن هناك عملية أقوى بكثير.
اكتشف البروفيسور مارك كارلينر من جامعة تل أبيب وزميله البروفيسور جوناثان روزنر من جامعة شيكاغو، وكلاهما فيزيائيان نظريان يعملان في معجل الجسيمات في سارن، أن عملية مماثلة تحدث أيضًا بين الجسيمات على نطاق أصغر بكثير من النواة الذرية - جسيمات دون الذرية. على ما أذكر، وفي يوليو 2017، تم اكتشاف جسيم يتكون من كواركين ثقيلين من النوع C. توقع البروفيسور كارلينر والبروفيسور روزنر قبل ثلاث سنوات كم ستكون كتلته ومعدل اضمحلاله.

ويوضح البروفيسور كارلينر في مقابلة مع موقع العلماء: "تتكون الكواركات الثقيلة داخل معجل الجسيمات في المحور، نتيجة تصادمات بين حزم البروتونات المتحركة في النفق في اتجاهين متعاكسين". ويؤدي هذا الاصطدام إلى إطلاق طاقة حركية يتحول بعضها إلى كتلة من الكواركات حسب معادلة أينشتاين الشهيرة E=MC^2. كل هذه الكواركات ترتب نفسها في ثلاثات وتصبح هادرونات تختلط فيها كواركات من أنواع مختلفة، وبعضها أيضًا كواركات من النوع b."

تتضمن العملية اثنين من الباريونات، وهو تصنيف للجسيمات دون الذرية. كل من البروتونات والنيوترونات الموجودة في نواة الذرة هي باريونات.
تتكون الباريونات من ثلاثة كواركات. في حالة البروتون، هناك كواركان من النوع u (أعلى) وكوارك واحد من النوع d (أسفل). في الجسيم المعني - الجسيم المعروف باسم lambda C - بدلاً من أحد كواركات UP، يوجد كوارك واحد من النوع c (Charm). هناك أيضًا جسيم ذو سحر مزدوج - جسيم يحتوي على كواركين c وكوارك واحد d.

يجري الباحثون باستمرار تجارب في مصادم الهادرونات الكبير LHC في المحور لمعرفة أنواع الجسيمات التي سيتم إنتاجها من تحطيم حزم البروتونات معًا بسرعة الضوء. في بعض الأحيان، تتسبب الطاقة المتولدة في هذه العملية في ترتيب مختلف للكواركات في الجزيئات. يشرح النموذج القياسي للفيزياء كيف سيتصرف كل جسيم عندما يتلامس مع أي جسيم آخر. عندما لاحظ الباحثون الجسيم ذو السحر المزدوج، اكتشفوا أن هناك حاجة إلى قدر كبير من الطاقة لربط الكواركين c معًا - حوالي 130 ميجا إلكترون فولت MeV. يتم إطلاق صافي الطاقة في عملية طاقة تبلغ طاقتها 12 ميغا إلكترون فولت، أي حوالي ثلثي الطاقة المنطلقة من عملية متوازية لدمج نوى الهيدروجين. ومع ذلك، عندما قام الباحثون بإسقاط لقاء يتضمن كواركات من النوع ب - الكواركات الأثقل - كانت الأرقام أعلى بكثير.
من الناحية النظرية، في عملية الاندماج يتم خلط كواركين سفليين بقوة 230 ميغا إلكترون فولت، ولكن يتم إطلاق 138 ميغا إلكترون فولت منها على شكل طاقة، والتي يمكن أن تسبب انفجارًا أقوى 8 مرات من الانفجار الناتج عن الاندماج النووي.

لكن يمكنك الاسترخاء - جسيمات الكوارك القاعي قصيرة العمر أيضًا - فالجسيم من هذا النوع يبقى على قيد الحياة لمدة 100 تريليون من الثانية (عشرة أس سالب 13) وبالتالي لا يمكن تخزينه.
"في عملية الاندماج النووي، يتم إنشاء تفاعل متسلسل - عندما يؤدي الانفجار الأولي (الذي يحدث في عملية الانشطار النووي) إلى إشعال بقية المواد الموجودة داخل القنبلة. من المستحيل تخزين كواركات b واستخدامها في وقت صدور الأمر... لذلك، حتى لو كان هذا الاندماج بين زوج من كواركات b ممكنًا، فإنها تختفي على الفور وتتحول إلى كواركات أخف بكثير، والتي لا تتشكل خطر." يشرح البروفيسور كارلينر.