מחקר פורסם בנייצ’ר בו שותף חוקר מת”א חושף תהליך חזק יותר פי 8 מהיתוך המימן בפצצת אטום

המחקר של פרופ’ מארק קרלינר מאוני’ ת”א ועמיתו ג’ונתן רוזנר מאוניברסיטת שיקאגו עורר הדים בתקשורת. בראיון לאתר הידען קרלינר מרגיע: הקווארקים שבהם מדובר חיים שבריר קטן מאוד של שניה ולא ניתנים לאגירה

מחקר תיאורטי שבו מעורב חוקר ישראלי הצליח לעורר הדים בקהילה המדעית לאחר שפורסם ביום חמישי בכתב העת נייצ’ר שגם ליווה אותו במאמרי הסבר לקוראים שאינם בקיאים ברזי הפיזיקה.

אחד התהליכים האנרגטיים ביותר בטבע הוא תהליך היתוך המימן, שבו שני אטומי מימן כבדים דאוטריום וטריטיום יוצרים אטום הליום תוך הפיכת שאר המסה לאנרגיה. התהליך קורה באופן טבעי בכוכבים כדוגמת השמש, ובאופן מלאכותי בפצצות מימן. כעת מסתבר לפחות תיאורטית שיש תהליך חזק הרבה יותר.
פרופ’ מארק קרלינר מאוניברסיטת תל אביב ועמיתו פרופ’ ג’ונתן רוזנר מאוניברסיטת שיקאגו, שניהם פיזיקאים תיאורטיקנים העובדים במאיץ החלקיקים בסרן, גילו כי תהליך דומה מתרחש גם בקרב חלקיקים בקנה מידה הרבה יותר קטן מגרעין האטום – קווארקים. כזכור, ביולי 2017 התגלה חלקיק המורכב משני קווארקים כבדים מסוג c. פרופ’ קרלינר ופרופ’ רוזנר חזו שלוש שנים קודם לכן מה תהיה מסתו ומה יהיה קצב דעיכתו.

פרופ’ קרלינר מסביר בראיון לאתר הידען: “הקוארקים הכבדים נוצרים בתוך מאיץ החלקיקים בסרן, כתוצאה התנגשויות בין אלומות פרוטונים הנעים בתוך המנהרה בכיוונים מנוגדים. ההתנגשות הזו גורמת לשחרור אנרגיה קינטית שחלקה הופכת למסה של קווארקים לפי הנוסחה המפורסמת של איינשטיין E=MC^2. כל הקווארקים הללו מסתדרים בשלשות והופכים להדרונים שבהם מעורבים קווארקים מסוגים שונים, בחלקם גם קווארקים מסוג b.”

בתהליך מעורבים שני בריונים (baryon), סיווג של חלקיקים תת אטומיים. הן הפרוטונים והן הניוטרונים שבגרעין האטום הם בריונים.
בריונים מורכבים משלושה קווארקים. במקרה של הפרוטון אלו שני קווארקים מסוג u (UP) וקווארק אחד מסוג d (Down). בחלקיק שבו מדובר – חלקיק המכונה למבדה C במקום אחד מקווארקי ה-UP יש קווארק אחד מסוג c (Charm). ישנו גם חלקיק בעל צ’ארם כפול – כזה שיש בו שני קווארקי c וקווארק d אחד.

חוקרים מריצים כל העת ניסויים במאיץ ההדרונים הגדול LHC בסרן כדי לראות אילו סוגים של חלקיקים יווצרו מריסוק אלומות פרוטנים זו בזו במהירות האור. לעיתים האנרגיה הנוצרת בתהליך גורמת לסידור שונה של הקווארקים בחלקיקים. המודל הסטנדרטי של הפיזיקה מסביר כיצד כל חלקיק כזה יפעל כשהוא בא במגע עם כל חלקיק אחר. כאשר צפו החוקרים בחלקיק בעל הצ’ארם הכפול, הם גילו כי נדרשה המון אנרגיה לחבר את שני קווארקי ה-c יחדיו – כ-130 מגה אלקטרון וולט MeV. נטו משתחררת בתהליך אנרגיה בעוצמה של 12 MeV , כשני שליש מהאנרגיה המשתחררת מתהליך מקביל של מיזוג גרעיני מימן. ואולם כאשר ערכו החוקרים השלכה על מפגש שבו מעורבים קווארקים מסוג b – הקווארקים הכבדים ביותר, המספרים גבוהים בהרבה.
באופן תיאורטי, בתהליך היתוך שני קווארקי bottom מעורבים 230 MeV, אבל מתוכם, 138 MeV משתחררים בצורת אנרגיה, דבר שהיה עשוי לגרום לפיצוץ חזק פי 8 מפיצוץ שנוצר מהיתוך גרעיני.

אבל ניתן להרגע – חלקיקי קווארק מסוג bottom הם גם קצרי חיים – חלקיק מסוג זה שורד 100 טריליוניות השניה (עשר בחזקת מינוס 13) ולכן לא ניתן לאגור אותם,.
“בתהליך ההיתוך הגרעיני נוצרת תגובת שרשרת – כאשר הפיצוץ הראשוני (שנעשה בתהליך ביקוע גרעיני) מצית את שאר החומר שבתוך הפצצה. אי אפשר לאגור קווארקי b ולהשתמש בהם בזמן פקודה.. לכן גם אם היתוך כזה בין זוג קווארקי b עשוי להיות אפשרי, הם מיד נעלמים ודועכים לקווארקים הרבה יותר קלים, שאינם מהווים סכנה.” מסביר פרופ’ קרלינר.