Im Bild unten sehen Sie die Pilzwolke der Ivy Mike-Explosion von 1952, der ersten Fusionsbombe, die jemals gezündet wurde. Bei der Fusion und Spaltung von Kernen wird kolossale Energie freigesetzt, dank derer wir heute zitternd Angst vor Atomwaffen haben. Kürzlich wurde bekannt, dass Physiker eine noch energetisch stärkere subatomare Reaktion entdeckt haben als die thermonukleare Fusion, die auf der Skala von Quarks stattfindet. Zum Glück scheint sie nicht besonders für die Herstellung von Waffen geeignet zu sein.
Als einige Physiker die Entdeckung eines mächtigen subatomaren Prozesses ankündigten, wurde bekannt, dass Wissenschaftler die Entdeckung klassifizieren wollten, weil sie für die Öffentlichkeit zu gefährlich sein könnte.
Gab es eine Explosion? Wissenschaftler haben gezeigt, dass zwei winzige Partikel, die als Down-Quarks bekannt sind, theoretisch zu einem starken Ausbruch verschmelzen könnten. Das Ergebnis: ein großes subatomares Teilchen, bekannt als Nukleon, und eine Menge Energie, die ins Universum spritzt. Diese "Quark-Explosion" könnte ein noch stärkeres subatomares Analogon thermonuklearer Reaktionen werden, die in den Kernen von Wasserstoffbomben auftreten.
Quarks sind winzige Teilchen, die aneinander haften und Neutronen und Protonen in Atomen bilden. Sie kommen in sechs Versionen oder "Geschmacksrichtungen": oben, unten, bezaubert, seltsam, oben (wahr) und unten (entzückend).
Energieereignisse auf subatomarer Ebene werden in Megaelektronvolt (MeV) gemessen, und wenn die beiden niedrigsten Quarks verschmelzen, haben Physiker festgestellt, dass sie satte 138 MeV emittieren. Dies ist ungefähr achtmal stärker als die einzelne Kernfusion, die bei Wasserstoffbomben auftritt (eine Bombenexplosion in vollem Umfang besteht aus Milliarden ähnlicher Ereignisse). Wasserstoffbomben verschmelzen winzige Wasserstoffkerne - Deuterium und Tritium - zu Heliumkernen und einer starken Explosion. Laut dem Nuklearwaffenarchiv setzt jede einzelne Reaktion in einer solchen Bombe nur 18 MeV frei. Dies ist viel weniger als bei der Fusion der niedrigsten Quarks - 138 MeV.
„Ich muss zugeben, als ich zum ersten Mal erkannte, dass eine solche Reaktion möglich war, bekam ich Angst“, sagt einer der Wissenschaftler, Marek Karliner von der Universität Tel Aviv in Israel. "Zum Glück war es gar nicht so schlecht."
Bei aller Kraft von Fusionsreaktionen ist eine einzige Reaktion gar nicht so gefährlich. Wasserstoffbomben beziehen ihre schreckliche Kraft aus Kettenreaktionen - der kaskadierenden Fusion vieler Kerne gleichzeitig.
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Carliner und Jonathan Rosner von der University of Chicago stellten fest, dass eine solche Kettenreaktion mit niedlichen Quarks nicht möglich sein würde, und teilten ihre Bedenken vor der Veröffentlichung mit Kollegen, die ihrer Schlussfolgerung zustimmten.
"Wenn ich eine Mikrosekunde über den militärischen Einsatz eines solchen Verfahrens nachdenken würde, würde ich nicht darüber schreiben", sagt Carliner.
Um eine Kettenreaktion auszulösen, benötigen Atombombenhersteller eine beeindruckende Partikelversorgung. Eine wichtige Eigenschaft hübscher Quarks ist, dass sie nicht in Beständen gesammelt werden können: Sie hören nach einer Pikosekunde nach ihrer Entstehung auf zu existieren und während dieser Zeit kann Licht nur die halbe Länge eines Salzgranulats zurücklegen. Nach dieser Zeit zerfällt der hübsche Quark in einen häufigeren und weniger energetischen Typ subatomarer Teilchen - den Up-Quark.
Sie können separate Reaktionen der Verschmelzung hübscher Quarks in einem kilometerlangen Rohr eines Teilchenbeschleunigers erzeugen, heißt es. Aber selbst im Gaspedal ist es unmöglich, eine ausreichend große Menge an Quarks anzusammeln, um der Welt Schaden zuzufügen. Daher gibt es keinen Grund zur Sorge.
Die Entdeckung selbst ist unglaublich, denn es war der erste theoretische Beweis dafür, dass subatomare Teilchen unter Freisetzung von Energie synthetisiert werden können, sagt Carliner. Dies ist ein völlig neues Gebiet in der Physik der kleinsten Teilchen, das dank eines Experiments am Large Hadron Collider am CERN eröffnet wurde.
So kamen die Physiker zu dieser Entdeckung.
Am CERN bewegen sich Partikel mit Lichtgeschwindigkeit um einen 27 Kilometer langen Ring unter der Erde und kollidieren dann. Wissenschaftler verwenden dann leistungsstarke Computer, um die Daten dieser Kollisionen zu sichten, und manchmal erscheinen seltsame Partikel in diesen Daten. Im Juni zeigten die Daten beispielsweise einen "doppelt verzauberten" Baryon oder einen sperrigen Cousin aus Neutron und Proton, bestehend aus zwei Cousins der "hübschen" und "oberen" Quarks - den "bezauberten" Quarks.
Charmed Quarks sind sehr schwer im Vergleich zu den häufigeren Up- und Down-Quarks, aus denen Protonen und Neutronen bestehen. Und wenn schwere Teilchen aneinander binden, wandeln sie einen großen Teil ihrer Masse in Bindungsenergie um und hinterlassen in einigen Fällen Energie, die ins Universum entweicht.
Carliner und Rosner fanden heraus, dass sich die Teilchen bei der Verschmelzung zweier verzauberter Quarks mit Energien in der Größenordnung von 130 MeV verbinden und 12 MeV der verbleibenden Energie ausstoßen. Diese Verschmelzung von bezauberten Quarks war die erste Teilchenreaktion dieser Größenordnung, die Energie freisetzte. Sie wurde zur Hauptthese einer neuen Studie, die am 1. November in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde.
Die noch energischere Verschmelzung zweier hübscher Quarks, die sich bei 280 MeV binden und beim Zusammenführen 138 MeV ausstoßen, ist die zweite und stärkere der beiden gefundenen Reaktionen. Während sie unter experimentellen Bedingungen theoretisch und unbewiesen bleiben. Der nächste Schritt folgt in Kürze. Carliner hofft, dass die ersten Experimente, die diese Reaktion zeigen, in den nächsten Jahren am CERN durchgeführt werden.
Ilya Khel
