Un par de físicos anunciaron el descubrimiento de un evento subatómico tan poderoso que los investigadores se preguntaron si era demasiado peligroso hacer público.
El evento explosivo? El dúo mostró que dos pequeñas partículas conocidas como quarks de fondo podrían teóricamente fusionarse en un poderoso destello. El resultado: una partícula subatómica más grande, una segunda partícula de repuesto conocida como nucleón y todo un desastre de energía que se derrama en el universo. Esta "explosión de quarks" sería un análogo subatómico aún más poderoso de las reacciones de fusión nuclear individuales que tienen lugar en los núcleos de las bombas de hidrógeno.
Los Quarks son partículas diminutas que generalmente se unen para formar los neutrones y protones dentro de los átomos. Vienen en seis versiones o "sabores": arriba, abajo, arriba, abajo, extraño y encanto.
Los eventos energéticos a nivel subatómico se miden en megaelectronvoltios (MeV), y cuando se fusionan dos quarks inferiores, los físicos descubrieron que producen la enorme cantidad de 138 MeV. Eso es aproximadamente ocho veces más poderoso que uno de los eventos de fusión nuclear individuales que tienen lugar en las bombas de hidrógeno (una explosión de bomba a gran escala consiste en miles de millones de estos eventos). Las bombas H fusionan pequeños núcleos de hidrógeno conocidos como deuterones y tritones para crear núcleos de helio, junto con las explosiones más poderosas del arsenal humano. Pero cada una de esas reacciones individuales dentro de las bombas libera solo unos 18 MeV, según el Archivo de Armas Nucleares, un sitio web dedicado a recopilar investigaciones y datos sobre armas nucleares. Eso es mucho menos que los 138 MeV de los quarks inferiores fusionados.
"Debo admitir que cuando me di cuenta por primera vez de que tal reacción era posible, tuve miedo", dijo el co-investigador Marek Karliner de la Universidad de Tel Aviv en Israel a Live Science. "Pero, por suerte, es un pony de un solo truco".
Por poderosas que sean las reacciones de fusión, una sola instancia de fusión por sí sola no es nada peligrosa. Las bombas de hidrógeno derivan su enorme poder de las reacciones en cadena: la fusión en cascada de muchos y muchos núcleos a la vez.
Karliner y Jonathan Rosner, de la Universidad de Chicago, determinaron que tal reacción en cadena no sería posible con los quarks de fondo y, antes de publicar, compartieron en privado sus ideas con sus colegas, quienes estuvieron de acuerdo.
"Si hubiera pensado por un microsegundo que esto tenía alguna aplicación militar, no la habría publicado", dijo Karliner.
Para provocar una reacción en cadena, los fabricantes de bombas nucleares necesitan grandes reservas de partículas. Y una propiedad importante de los quarks de fondo hace que sea imposible almacenarlos: desaparecen de la existencia solo 1 picosegundo después de su creación, o aproximadamente en el tiempo que lleva la luz viajar la mitad del largo de un solo grano de sal. Después de ese lapso de tiempo, se descomponen en un tipo de partícula subatómica mucho más común y menos energética, conocida como el quark up.
Los científicos dijeron que podría ser posible generar reacciones de fusión únicas de quarks de fondo dentro de aceleradores de partículas de millas de largo. Pero incluso dentro de un acelerador, uno no podría reunir una masa de quarks lo suficientemente grande como para causar daños en el mundo, dijeron los investigadores. Por lo tanto, no hay necesidad de preocuparse por las bombas de quark de fondo.
Sin embargo, el descubrimiento es emocionante, porque es la primera prueba teórica de que es posible fusionar partículas subatómicas de manera que liberen energía, dijo Karliner. Ese es un territorio completamente nuevo en la física de partículas muy pequeñas, hecho posible por un experimento en el Gran Colisionador de Hadrones en el CERN, el laboratorio masivo de física de partículas cerca de Ginebra.
Así es como los físicos hicieron este descubrimiento.
En el CERN, las partículas se deslizan alrededor de un anillo subterráneo de 17 millas de largo (27 kilómetros) a casi la velocidad de la luz antes de chocar entre sí. Luego, los científicos usan computadoras poderosas para examinar los datos de esas colisiones, y a veces surgen partículas extrañas de esa investigación. En junio, algo especialmente extraño apareció en los datos de una de esas colisiones: un barión "doblemente encantado", o un primo voluminoso del neutrón y el protón, compuesto por dos primos de los quarks "inferiores" y "superiores" conocidos como quarks "encanto".
Ahora, los quarks encantadores 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, convierten una gran parte de su masa en energía de unión y, en algunos casos, producen un montón de energía sobrante que se escapa al universo.
Cuando se fusionan dos quarks encantados, descubrieron Karliner y Rosner, las partículas se unen con una energía de aproximadamente 130 MeV y escupen 12 MeV en energía sobrante (aproximadamente dos tercios de la energía de fusión de deuterón-tritón). Esa fusión encantada fue la primera reacción de partículas en esta escala que emitió energía de esta manera, y es el resultado principal del nuevo estudio, publicado ayer (1 de noviembre) en la revista Nature.
La fusión aún más enérgica de dos quarks inferiores, que se unen con una energía de 280 MeV y escupen 138 MeV cuando se fusionan, es la segunda y más poderosa de las dos reacciones descubiertas.
Hasta ahora, estas reacciones son completamente teóricas y no se han demostrado en un laboratorio. Sin embargo, ese próximo paso debería llegar pronto. Karliner dijo que espera ver los primeros experimentos que muestren esta reacción en el CERN en los próximos dos años.
Nota del editor: Este artículo fue actualizado para corregir una declaración que dice que los quarks superiores forman neutrones y protones. Los quarks arriba y abajo forman protones y neutrones.
