Големият колайдер откри кварков синтез

Големият адронен ускорител е най-големият и най-мощен ускорител на частици в света

На всички ученици от горните класове на гимназията е известно, че ядреният синтез е процес на сливане на леки ядра, при който се освобождава голямо количество енергия. Поне така мислехме доскоро.

Нова статия публикувана в сп. „Nature” подсказва, че е възможен синтез на истински елементарни частици. Изследователите от експеримента на LHCb на Големия адронен колайдер (Large Hadron Collider) в ЦЕРН (CERN) съобщават за доказателства относно синтез между частиците кварки.

Според кварковия модел средните (мезони) и тежките (бариони) елементарни частици са изградени от комбинации на съществуващите  6 вида: u -, d -, s -, c -, b -, и t- кварки. Мезони са изградени от два кварка, а барионите са изградени от три кварка. Откриването на аналог на ядрения синтез при кварките има последици както за ядрената, така и за физика на частиците. Откритието е направено при взаимодействие на частици движещи се с почти светлинна скорост в подземния тунел на Големия колайдер на CERN, който е дълъг 27 километра.

През юни, 2017 г. след анализ на резултатите от сблъсъците на частици със свръхвисоки енергии, учените забелязали появата на барион, направен от два с - кварка и един u - кварк.

Снимка: ЦЕРН, артистична представа за барион (ссu) 

Масата на новооткритата частица е около 3621 MeV, или почти четири пъти по-тежка от протона, свойство, което произтича от двойното съдържание на с - кварки. За първи път такава частица е открита недвусмислено.

При синтеза на с - кварките се формира енергия на връзката от 130 MeV (мегаелектронволта) и се освобождава енергия 12 MeV. Установено е дори още по-впечатляващо сливане на два b - кварка, които се свързват с енергия от 280 MeV и освобождават енергия 138 MeV. За сравнения ядреният синтез на две леки водородни ядра – деутерий и тритий, произвежда 17,6 MeV енергия отнесена като кинетична енергия на продуктите на реакцията.

За щастие не е нужно да се притесняваме за военни приложения на това ново откритие. Както е извество при атомните бомби е нужна неконтролирана верижна реакция на делене на тежки уранови ядра.

Кварките практически не съществуват в свободно състояние, те изчезват за една пикосекунда (една трилионна от секундата), което прави такава бомба с кварки невъзможна за създаване. По същата причина изучаването на този процес също ще бъде трудно. Но учените се надяват, че след няколко години експериментите в CERN ще разкрият повече за сливането на кварките.