In eerste instantie waren Marek Karliner en Jonathan Rosner dolblij met hun ontdekking van ‘kernfusie op quarkniveau’. Maar toen ze hadden uitgerekend hoeveel energie er bij quarkfusie vrijkomt, schrokken ze zo erg dat ze hun resultaten niet naar buiten durfden te brengen.
Natuurkundigen Karliner en Rosner hebben aangetoond dat twee zware quarks met elkaar kunnen fuseren. Bij die fusiereactie komt acht keer zoveel energie vrij als bij de fusie van twee waterstofkernen – het basismechanisme van een waterstofbom, de krachtigste bom in het menselijke wapenarsenaal.
De fysici hadden onmiddellijk door wat hun ontdekking voor gevolgen kon hebben. ‘Toen ik me realiseerde dat zo’n reactie echt mogelijk is, was ik eerlijk gezegd wel bang’, zegt Karliner tegen wetenschapsnieuwssite Live Science. Het tweetal besloot daarom nog maar even te wachten met de publicatie. Niemand wil immers de nieuwe Oppenheimer worden.
Dit is hoe we wiskundefobie te lijf kunnen gaan
Sarah Hart vertelt hoe we de angst voor getallen en formules weg kunnen nemen.
Inmiddels slapen Karliner en Rosner weer op beide oren. Een serieuze explosie ontstaat pas na een kettingreactie van miljarden deeltjesfusies. De fysici stelden tot hun geruststelling vast dat quarkfusie onmogelijk meerdere keren achter elkaar kan plaatsvinden.
Nadat ze deze conclusie achter gesloten deuren bij collega’s hadden geverifieerd, durfden Karliner en Rosner hun resultaten naar buiten te brengen. Begin november zijn ze gepubliceerd in het toonaangevende vakblad Nature. ‘Als ik ook maar een microseconde had gedacht dat dit resultaat militaire toepassingen heeft, had ik het niet gepubliceerd’, zegt Karliner.
Touwtrekken
De vrees voor een quarkbom ontstond toen onderzoekers van deeltjesmekka CERN in Genève deze zomer een nieuw deeltje ontdekten. Het zogeheten XiCC++-deeltje hoort bij de familie der baryonen: deeltjes die uit drie quarks zijn opgebouwd. Quarks zijn elementaire deeltjes die in zes verschillende ‘smaken’ voorkomen. De minst zware varianten – het up-quark en het down-quark – zijn de bouwstenen van protonen en neutronen.
XiCC++ bestaat uit een up-quark en twee charmquarks. Het staat ook wel bekend als het zware neefje van het proton en neutron. De ontdekking van het deeltje was opwindend voor fysici, omdat ze niet wisten dat ook zwaardere quarks zich kunnen bundelen.
Eventjes dreigde er echter een grauwe sluier over de ontdekking te komen. De binding tussen de twee zware charmquarks in het XiCC++-deeltje bleek veel sterker dan gedacht – een beetje zoals er veel spanning staat op het touw tussen twee zwaarlijvige touwtrekteams.
Joekels
Karliner en Rosner ontdekten dat de bindingsenergie tussen zware quarks dermate hoog is dat ‘kernfusie op quarkniveau’ mogelijk is. Twee zogeheten Lambdac-baryonen – die elk een charmquark bevatten – kunnen bijvoorbeeld fuseren tot een XiCC++-deeltje en een neutron. Bij die fusiereactie komt 12 megaelektronvolt (MeV) aan energie vrij. Dat zit aardig in de buurt van de 18 MeV die bij een fusie van twee atoomkernen in een waterstofbom vrijkomt.
De natuurkundigen schrokken echter pas echt toen ze uitrekenden wat er gebeurt als op analoge wijze twee Lambdab-baryonen fuseren. Deze deeltjes bevatten een bottom-quark, dat drieënhalf keer zo zwaar is als een charm-quark. Als twee van deze joekels fuseren, komt er maar liefst 138 MeV aan energie vrij – bijna acht keer zoveel als in een waterstofbom.
Quarksplosie
Een waterstofbom dankt zijn kracht echter niet aan een enkele fusie, maar aan een kettingreactie van miljarden deeltjesfusies. Zo’n kettingreactie is bij een ‘quarksplosie’ onmogelijk. Charm- en bottom-quarks leiden een krachtig, maar kort bestaan – na ongeveer een biljoenste van een seconde zijn ze al veranderd in een lichtere variant. Dat is veel te kort om een allesvernietigende quarkbom te maken.
Een enkele quarkfusiereactie kan wel in de praktijk worden gerealiseerd. Hoewel die zonder apocalyptische gevolgen zal blijven, is ook dat een spannende gebeurtenis voor fysici. Er is namelijk nog nooit energie opgewekt uit de fusie van subatomaire deeltjes. Karliner verwacht dat dit experiment binnen enkele jaren bij CERN zal worden uitgevoerd.
Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.
Lees verder: