Na imagem abaixo, você pode ver a nuvem em forma de cogumelo da explosão de Ivy Mike em 1952, a primeira bomba de fusão detonada. No processo de fusão e fissão dos núcleos, libera-se uma energia colossal, graças à qual temos hoje um medo terrível das armas nucleares. Recentemente, soube-se que os físicos descobriram uma reação subatômica ainda mais energética do que a fusão termonuclear, que ocorre na escala dos quarks. Felizmente, ela não parece ser particularmente adequada para a fabricação de armas.
Quando alguns físicos anunciaram a descoberta de um poderoso processo subatômico, ficou sabendo que os cientistas queriam classificar a descoberta, porque poderia ser muito perigoso para o público.
Houve uma explosão? Os cientistas mostraram que duas partículas minúsculas conhecidas como quarks down podem teoricamente se aglutinar em uma explosão poderosa. O resultado: uma grande partícula subatômica conhecida como nucleon e um monte de energia espirrando no universo. Essa "explosão de quark" poderia se tornar um análogo subatômico ainda mais poderoso das reações termonucleares que ocorrem nos núcleos das bombas de hidrogênio.
Quarks são partículas minúsculas que se agarram umas às outras para formar nêutrons e prótons dentro dos átomos. Eles vêm em seis versões, ou "sabores": superior, inferior, encantado, estranho, superior (verdadeiro) e inferior (adorável).
Os eventos de energia no nível subatômico são medidos em megaeletronvolts (MeV), e quando os dois quarks mais baixos se fundem, os físicos descobriram que eles emitem 138 MeV. Isso é cerca de oito vezes mais forte do que a fusão nuclear única que ocorre em bombas de hidrogênio (uma explosão de bomba em grande escala é composta de bilhões de eventos semelhantes). As bombas de hidrogênio se fundem minúsculos núcleos de hidrogênio - deutério e trítio - para formar núcleos de hélio e uma explosão poderosa. Mas cada uma das reações individuais dentro dessa bomba libera apenas 18 MeV, de acordo com o Arquivo de Armas Nucleares. Isso é muito menos do que na fusão dos quarks mais baixos - 138 MeV.
“Tenho que admitir que, quando percebi que tal reação era possível, fiquei com medo”, disse um dos cientistas, Marek Karliner, da Universidade de Tel Aviv, em Israel. "Felizmente, não foi tão ruim."
Com todo o poder das reações de fusão, uma única reação não é tão perigosa. As bombas de hidrogênio extraem seu poder terrível de reações em cadeia - a fusão em cascata de muitos núcleos ao mesmo tempo.
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Carliner e Jonathan Rosner, da Universidade de Chicago, determinaram que tal reação em cadeia não seria possível com quarks bonitos e, antes da publicação, compartilharam suas preocupações com colegas que concordaram com sua conclusão.
“Se eu pensasse por um microssegundo sobre o uso militar de tal processo, não escreveria sobre isso”, diz Carliner.
Para desencadear uma reação em cadeia, os fabricantes de bombas nucleares precisam de um impressionante suprimento de partículas. Uma propriedade importante dos quarks bonitos é que eles não podem ser coletados em estoques: eles deixam de existir após um picossegundo após a criação e, durante esse tempo, a luz pode viajar apenas pela metade do comprimento de um grânulo de sal. Após esse tempo, o quark bonito decai em um tipo de partícula subatômica mais comum e menos energética - o quark up.
Você pode criar reações separadas de fusão de quarks bonitos em um tubo de um acelerador de partículas com um quilômetro de comprimento, dizem eles. Mas mesmo dentro do acelerador é impossível acumular uma massa grande o suficiente de quarks para causar qualquer dano ao mundo. Portanto, não há nada com que se preocupar.
A descoberta em si é incrível porque foi a primeira evidência teórica de que partículas subatômicas podem ser sintetizadas com a liberação de energia, diz Carliner. Este é um território completamente novo na física das menores partículas, que foi inaugurado graças a um experimento no Large Hadron Collider no CERN.
Foi assim que os físicos chegaram a essa descoberta.
No CERN, as partículas viajam em torno de um anel subterrâneo de 27 quilômetros à velocidade da luz e depois colidem. Os cientistas então usam computadores poderosos para filtrar os dados dessas colisões, e partículas estranhas às vezes aparecem nesses dados. Em junho, por exemplo, os dados mostraram um bárion "duplamente encantado", ou um primo volumoso do nêutron e do próton, consistindo de dois primos dos quarks "bonitos" e "up" - os quarks "encantados".
Os quarks encantados são muito pesados em comparação com os quarks up e down mais comuns que constituem os prótons e nêutrons. E quando partículas pesadas se ligam umas às outras, elas convertem uma grande parte de sua massa em energia de ligação e, em alguns casos, deixam energia que escapa para o universo.
Carliner e Rosner descobriram que quando dois quarks encantados se fundem, as partículas se ligam com energias da ordem de 130 MeV e ejetam 12 MeV da energia restante. Essa fusão de quarks encantados foi a primeira reação de partículas dessa magnitude a liberar energia. Ela se tornou a tese principal de um novo estudo publicado em 1º de novembro na revista Nature.
A fusão ainda mais energética de dois quarks bonitos, que se ligam a 280 MeV e ejetam 138 MeV quando se fundem, é a segunda e mais poderosa das duas reações encontradas. Enquanto eles permanecem teóricos e não comprovados em condições experimentais. A próxima etapa virá em breve. Carliner espera que os primeiros experimentos demonstrando essa reação sejam realizados no CERN nos próximos anos.
Ilya Khel
