Quarkfusie levert angstaanjagend veel energie
Onderzoekers Marek Karlinera en Jonathan Rosnerb hebben een quarkfusie ontdekt waarbij acht keer meer energie vrij zou komen dan bij een fusie tussen waterstofatomen, de formule achter de waterstofbom. Ze hebben hun ontdekking pas gepubliceerd nadat bleek dat de quarkfusie onmogelijk meerdere keren achter elkaar kan plaatsvinden.
Quarks (spreek uit als ‘kwarks’) zijn subatomaire deeltjes, het zijn ondermeer de bouwstenen van protonen en neutronen, die ieder uit drie quarks bestaan. Fysici onderscheiden zes soorten quarks die in drie paren voorkomen: up en down; charm en strange; top (ook wel ‘truth’) en bottom (ook wel ‘beauty’). Hun bestaan werd in 1964 al voorspeld door de fysicus Murray Gell-Mann, die er de Nobelprijs mee won. Experimenten in deeltjesversnellers geven inmiddels meer aanwijzingen voor hun bestaan.
Quarkfusie levert 8x kracht atoombom
Door de ontdekking van het zogeheten XiCC++-deeltje leerden onderzoekers van de Europese Organisatie for Kernonderzoek (CERN) afgelopen zomer dat ook zwaardere quarks zich kunnen bundelen. Net als protonen en neutronen hoort het deeltje tot de familie van de ‘baryonen’: deeltjes die uit drie quarks zijn opgebouwd. Behalve uit een relatief licht ‘up’-deeltje, bestaat XiCC++ ook uit twee ‘charm’-quarks, die veel zwaarder zijn.
De energie die de zwaardere quarks bindt, is zo hoog dat ‘kernfusie op quarkniveau’ mogelijk is, constateerden Karlinera en Rosnerb in wetenschapsblad Nature. De energie die vrijkomt bij de fusie tussen twee baryonen die elk een ‘charm’-quark bevatten is 12 megaelektronvolt (MeV), verwachten ze, terwijl een fusie van twee atoomkernen in een waterstofbom 18 MeV oplevert. De energie die vrijkomt bij fusie tussen ‘bottom’-quarks is echter nog veel heftiger, voorzien ze: die reactie moet een schrikbarende hoeveelheid van 138 MeV aan energie leveren.
Eenmalige reactie
Pas nadat bleek dat de quarkfusie onmogelijk meerdere keren achter elkaar kan plaatsvinden, hebben de onderzoekers hun bevindingen openbaar gemaakt. De reactie zou immers pas de kracht van een waterstofbom krijgen als een kettingreactie van miljarden deeltjesfusies ontstaat. Hoewel nog nooit energie is opgewekt uit de fusie van subatomaire deeltjes, verwacht Karliner dat CERN binnen een paar jaar een enkele quarkfusiereactie in de praktijk zal brengen.
Bronnen:
- NewScientist, 17 november 2017, ‘Fysici ontdekken fusiereactie die zo krachtig is dat ze er niet over durfden te publiceren’
- Nature, 8 augustus 2017, ‘Quark-level analogue of nuclear fusion with doubly-heavy baryons‘
- Wikipedia, 23 november 2017, Quarks
Foto: CERN [Reciprocal link back The Large Hadron Collider/ATLAS at CERN]
