En la imagen de abajo, puede ver la nube en forma de hongo de la explosión de Ivy Mike en 1952, la primera bomba de fusión que detonó. En el proceso de fusión y fisión de núcleos, se libera una energía colosal, gracias a la cual hoy tememos temblorosamente a las armas nucleares. Recientemente se supo que los físicos han descubierto una reacción subatómica energéticamente más poderosa que la fusión termonuclear, que tiene lugar en la escala de los quarks. Afortunadamente, no parece ser especialmente adecuada para la fabricación de armas.
Cuando un par de físicos anunciaron el descubrimiento de un poderoso proceso subatómico, se supo que los científicos querían clasificar el descubrimiento, porque podría ser demasiado peligroso para el público.
¿Hubo una explosión? Los científicos han demostrado que dos pequeñas partículas conocidas como quarks descendentes podrían teóricamente fusionarse en una poderosa explosión. El resultado: una gran partícula subatómica conocida como nucleón y un montón de energía que salpica hacia el universo. Esta "explosión de quarks" podría convertirse en un análogo subatómico aún más poderoso de las reacciones termonucleares que ocurren en los núcleos de las bombas de hidrógeno.
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Los quarks son partículas diminutas que se adhieren entre sí para formar neutrones y protones dentro de los átomos. Vienen en seis versiones, o "sabores": superior, inferior, encantado, extraño, superior (verdadero) y inferior (adorable).
Los eventos de energía a nivel subatómico se miden en megaelectronvoltios (MeV), y cuando los dos quarks más bajos se fusionan, los físicos han descubierto que emiten la friolera de 138 MeV. Esto es aproximadamente ocho veces más fuerte que la fusión nuclear única que ocurre en las bombas de hidrógeno (una explosión de bomba a gran escala se compone de miles de millones de eventos similares). Las bombas de hidrógeno fusionan pequeños núcleos de hidrógeno (deuterio y tritio) para formar núcleos de helio y una poderosa explosión. Pero cada una de las reacciones individuales dentro de una bomba de este tipo solo libera 18 MeV, según el Archivo de Armas Nucleares. Esto es mucho menos que en la fusión de los quarks más bajos: 138 MeV.
“Tengo que admitir que, cuando me di cuenta por primera vez de que tal reacción era posible, me asusté”, dice uno de los científicos, Marek Karliner de la Universidad de Tel Aviv en Israel. "Afortunadamente, no fue tan malo".
Con todo el poder de las reacciones de fusión, una sola reacción no es tan peligrosa. Las bombas de hidrógeno obtienen su aterrador poder de reacciones en cadena: la fusión en cascada de muchos núcleos a la vez.
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Carliner y Jonathan Rosner de la Universidad de Chicago determinaron que tal reacción en cadena no sería posible con quarks lindos, y antes de la publicación compartieron sus preocupaciones con colegas que estuvieron de acuerdo con su conclusión.
“Si pensara por un microsegundo sobre el uso militar de tal proceso, no escribiría sobre eso”, dice Carliner.
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Para desencadenar una reacción en cadena, los fabricantes de bombas nucleares necesitan un suministro impresionante de partículas. Una propiedad importante de los quarks bonitos es que no se pueden recolectar en existencias: dejan de existir un picosegundo después de la creación, y durante este tiempo, la luz solo puede viajar la mitad de la longitud de un gránulo de sal. Después de ese tiempo, el quark bonito se descompone en un tipo de partícula subatómica más común y menos energética: el quark up.
Es posible crear reacciones separadas de fusión de quarks bonitos en un tubo de un kilómetro de largo de un acelerador de partículas, dicen los científicos. Pero incluso dentro del acelerador es imposible acumular una masa de quarks lo suficientemente grande como para causar algún daño al mundo. Por tanto, no hay nada de qué preocuparse.
El descubrimiento en sí es increíble porque fue la primera evidencia teórica de que las partículas subatómicas se pueden sintetizar con la liberación de energía, dice Carliner. Este es un territorio completamente nuevo en la física de las partículas más pequeñas, que se abrió gracias a un experimento en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN.
Así es como los físicos llegaron a este descubrimiento.
En el CERN, las partículas viajan alrededor de un anillo de 27 kilómetros bajo tierra a la velocidad de la luz y luego chocan. Luego, los científicos usan computadoras poderosas para examinar los datos de estas colisiones, y algunas veces aparecen partículas extrañas en esos datos. En junio, por ejemplo, los datos mostraron un barión "doblemente encantado", o un primo voluminoso del neutrón y el protón, formado por dos primos de los quarks "bonito" y "up", los quarks "encantados".
Los quarks encantados son muy pesados en comparación con los quarks up y down más comunes que forman protones y neutrones. Y cuando las partículas pesadas se unen entre sí, convierten una gran parte de su masa en energía de enlace y, en algunos casos, dejan energía que escapa al universo.
Carliner y Rosner descubrieron que cuando dos quarks encantados se fusionan, las partículas se unen con energías del orden de 130 MeV y expulsan 12 MeV de la energía restante. Esta fusión de quarks encantados fue la primera reacción de partículas de esta magnitud para liberar energía. Se convirtió en la tesis principal de un nuevo estudio publicado el 1 de noviembre en la revista Nature.
La fusión aún más enérgica de dos bonitos quarks, que se unen a 280 MeV y expulsan 138 MeV cuando se fusionan, es la segunda y más poderosa de las dos reacciones encontradas. Si bien siguen siendo teóricos y no probados en condiciones experimentales. El siguiente paso seguirá en breve. Carliner espera que los primeros experimentos que demuestren esta reacción se lleven a cabo en el CERN durante los próximos años.
Ilya Khel
