Вчені відкрили новий тип реакцій синтезу, головними дійовими особами яких є кварки

Відомо, що Сонце та інші зірки “приводиться в дію” одним з фундаментальних видів реакцій – реакціями термоядерного синтезу. Два ядра атомів водню, що рухаються на величезній швидкості, стикаються і зливаються в ядро атома гелію, виділяючи, при цьому, досить велику кількість енергії.

У теорії, участь в реакціях термоядерного синтезу можуть приймати і ядра атомів інших хімічних елементів. Однак, результати останніх досліджень, проведених вченими Європейської організації ядерних досліджень CERN, вказують на те, що ядра атомів є не єдиними речами, які можуть брати участь в реакціях ядерного синтезу.

Дослідники експерименту LHCb Великого адронного коллайдера недавно виявили нову частинку, для синтезу якої з окремих частин потрібно досить велика кількість енергії. Результати досліджень другої незалежної групи вчених показали, що така частка може утворитися в результаті реакції синтезу, в якій задіяні дві пари кварків. При цьому, в результаті такої реакції виділяється велика кількість енергії, як і в випадку реакції термоядерного синтезу. Але не сподівайтеся побачити незабаром кварковую бомбу, засновану на реакціях кваркового синтезу, у вчених поки є тільки ідеї щодо пошуків слідів і вивчення подібних реакцій.

“Дуже короткий час існування важкого нижнього і зачарованого кварків усуває можливість будь-якого практичного застосування таких реакцій в даний час” – пишуть дослідники.

Якщо ви пам’ятаєте з курсу фізики, в природі існує шість видів кварків. Найпоширенішими з них є верхні і нижні кварки, з них складається практично вся навколишня матерія. Чотири інших типу кварків більш важкі і більш рідкісні . І саме з рідкісних кварків переважно складається нова виявлена частка Xicc ++ , яку можна охарактеризувати як “двічі зачарована xi з подвійним зарядом”.

Ця двічі зачарована частка складається зі звичайного верхнього і двох важких зачарованих кварків. Для того, щоб зв’язати такі кварки воєдино потрібно більш велика кількість енергії, ніж для синтезу інших частинок. Однак, при синтезі такої частки виділяється надлишок енергії в кількості, порівнянному з кількістю енергії, що виділяється при звичайній реакції термоядерного синтезу. Відзначимо, що в результаті однієї такої реакції виділяється невелика з нашої точки зору кількість енергії, але концентрація цієї енергії досить велика з урахуванням того, що реакція протікає на рівні субатомних частинок.

Відповідно до теорії, реакції кваркового синтезу, в яких бере участь важчий нижній кварк, повинні виділяти в десять разів більшу кількість енергії, ніж реакція синтезу двічі зачарованої xi-частинки. Однак, вченим ще невідомо навіть те, яким чином можна отримати докази факту існування таких реакцій в реальності. Кварки, які беруть участь в таких реакціях, живуть настільки крихітні частки секунди, що вони встигають пройти всього 22 міліметра відстані всередині робочого об’єму датчика експерименту LHCb. Після цього частинки втрачають всю свою енергію, розпадаються і перетворюються в потоки частинок інших типів, немов метеор, який вибухає після входу в щільні шари земної атмосфери.

Вчені вважають, що можливість вивчення реакцій кваркового синтезу їм можуть надати зіткнення ядер атомів важких елементів, таких, як свинець, які іноді проводяться в надрах Великого адронного коллайдера. І, крім реалізації божевільної науково-фантастичної мрії про кварковий синтез, дослідження в даній області можуть пролити світло на деякі поки незрозумілі феномени, такі, як існування досить екзотичних атомів з частинками, що містять, крім верхніх і нижніх ще й зачаровані кварки, існування таємничої темної матерії і багато іншого.