Ученые открыли новый тип реакций синтеза, главными действующими лицами которых являются кварки - «Наука и технологии»

Известно, что Солнце и другие звезды "приводятся в действие" одним из фундаментальных видов реакций - реакциями термоядерного синтеза. Два ядра атомов водорода, двигающиеся на огромной скорости, сталкиваются и сливаются в ядро атома гелия, выделяя, при этом, достаточно большое количество энергии. В теории, участие в реакциях термоядерного синтеза могут принимать и ядра атомов других химических элементов. Однако, результаты последних исследований, проведенных учеными Европейской организации ядерных исследований CERN, указывают на то, что ядра атомов являются не единственными вещами, кто может принимать участие в реакциях ядерного синтеза.

Исследователи эксперимента LHCb Большого Адронного Коллайдера недавно обнаружили новую частицу, для синтеза которой из отдельных частей требуется достаточно большое количество энергии. Результаты исследований второй независимой группы ученых показали, что такая частица может образоваться в результате реакции синтеза, в которой задействованы две пары кварков. При этом, в результате такой реакции выделяется большое количество энергии, как и в случае реакции термоядерного синтеза. Но не надейтесь увидеть в скором времени кварковую бомбу, основанную на реакциях кваркового синтеза, у ученых пока имеются только лишь идеи насчет поисков следов и изучения подобных реакций.

"Очень короткое время существования тяжелого нижнего и очарованного кварков устраняет возможность любого практического применения таких реакций в настоящее время" - пишут исследователи.

Если вы помните из курса физики, в природе существует шесть видов кварков. Самыми распространенными из них являются верхние и нижние кварки, из них состоит практически вся окружающая нас материя. Четыре других типа кварков более тяжелы и более редки. И именно из редких кварков преимущественно состоит новая обнаруженная частица Xicc++, которую можно охарактеризовать как "дважды очарованная xi с двойным зарядом".

Эта дважды очарованная частица состоит из обычного верхнего и двух тяжелых очарованных кварков. Для того, чтобы связать такие кварки воедино требуется более большое количество энергии, нежели для синтеза других частиц. Однако, при синтезе такой частицы выделяется излишек энергии в количестве, сопоставимом с количеством энергии, выделяющейся при обычной реакции термоядерного синтеза. Отметим, что в результате одной такой реакции выделяется небольшое с нашей точки зрения количество энергии, но концентрация этой энергии достаточно велика с учетом того, что реакция протекает на уровне субатомных частиц.

Согласно теории, реакции кваркового синтеза, в которых принимает участие более тяжелый нижний кварк, должны выделять в десять раз большее количество энергии, нежели реакция синтеза дважды очарованной xi-частицы. Однако, ученым еще неизвестно даже то, каким образом можно получить доказательства факта существования таких реакций в реальности. Кварки, которые принимают участие в таких реакциях, живут столь крошечные доли секунды, что они успевают пройти всего 22 миллиметра расстояния внутри рабочего объема датчика эксперимента LHCb. После этого частицы теряют всю свою энергию, распадаются и превращаются в потоки частиц других типов, словно метеор, взрывающийся после входа в плотные слои земной атмосферы.

Ученые считают, что возможность изучения реакций кваркового синтеза им могут предоставить столкновения ядер атомов тяжелых элементов, таких, как свинец, которые иногда проводятся в недрах Большого Адронного Коллайдера. И, помимо реализации сумасшедшей научно-фантастической мечты о кварковом синтезе, исследования в данной области могут пролить свет на некоторые пока необъяснимые феномены, такие, как существование весьма экзотических атомов с частицами, содержащими, помимо верхних и нижних еще и очарованные кварки, существование таинственной темной материи и многое другое.