Dočkáme se někdy kvarkploze? Kredit: CC0 Creative Commons.

Motor našeho Slunce a spolu s ním všech hvězd pohání termojaderná fúze. Je to proces, při němž se za vysoké teploty slučují lehká atomová jádra. A vzniká během něho spousta energie. Najednou se ale ukazuje, že se fúze možná netýká jenom atomů.

Marek Karliner. Kredit: Tel Aviv University.

Fyzici Marek Karliner z izraelské Univerzity v Tel Avivu a Jonathan Rosner z americké Univerzity v Chicagu ohlásili fascinující teoretický objev, podle něhož mohou kvarky podstoupit subatomární fúzi, a to divoce energetickou fúzi. Zní to skoro neuvěřitelně. Stejně jako zpráva o tom, že se Karliner s Rosnerem svého objevu zděsili natolik, že váhali s jeho uveřejněním. Nakonec do toho šli a jejich výzkum, jak jinak, zveřejnil slovutný časopis Nature.

O co vlastně jde? Karliner a Rosner zjistili, že dva těžké baryony mohou vstoupit do energií sršící subatomární fúze. Každý z nich by v takovém případě obsahoval jeden těžký kvark, tedy spodní nebo půvabný a dva lehké kvarky, horní a dolní. Během této fúze by měl vzniknout virtuální shluk 6 kvark, z něhož se nakonec utvoří těžká subatomární částice s neutronem a uvolní energie.

Exotermická fúze kvarků. Kredit: Karliner & Rosner.

Klíčovým krokem k těmto výsledkům byl nedávný objev pozoruhodného dvojitě kladného a dvojitě půvabného baryonu ksí na Velkém hadronovém srážeči LHC, jehož značka Ξcc++ připomíná novodobé zaklínadlo. Tenhle baryon ksí totiž může vzniknout při fúzní reakci dvou těžkých baryonů, v nichž je těžkým kvarkem kvark půvabný. V takovém případě se při reakci uvolní energie 12 MeV. Když by ale došlo k podobné reakci, ve které budou těžké baryony na počátku fúze obsahovat nikoliv půvabné, ale spodní kvarky, tak vznikne dvojitě spodní baryon ksí Ξbb0, neutron a ještě mnohem více energie, zhruba 138 MeV.

Jednotlivé fúzní reakce při explozi vodíkové bomby, při nichž se slučují jádra deuteria a tritia za vzniku helia, přitom uvolňují asi 18 MeV. Reakce případné kvarkploze by tedy byly téměř osmkrát energetičtější. Autoři objevu tvrdí, že je to nejdřív hrozně vyděsilo. Pak jim ale prý došlo, že nebude tak zle. Jedna reakce vodíkovou bombu nedělá. Při fúzní explozi proběhnou myriády fúzí v řetězových reakcích. Karliner s Rosnerem jsou přesvědčeni, že by takový scénář neměl být pro fúzi spodních kvarků možný. Prodiskutovali to s dalšími kolegy a dospěli k závěru, že vojenské využití takové fyziky není v dohledu.

Aby jaderné a fúzní zbraně fungovaly, tak potřebují velikou zásobu částic. Jenomže spodní kvarky existují jenom tak asi jednu pikosekundu, což je doba, za jakou světlo prolétne polovinou zrnka soli. Když pikosekunda uplyne, tak se spodní kvark přemění v mnohem běžnější a méně energetický horní kvark.

Dvojitě kladný a dvojitě půvabný baryon ksí. Kredit: Daniel Dominguez/CERN.

Badatelé připouštějí, že nejspíš bude možné vyrábět spodní kvarky v urychlovačích a spouštět tam s nimi jednotlivé fúzní reakce. Zdůrazňují ale, že ani uvnitř urychlovače zřejmě nebude možné nashromáždit tak velkou masu spodních kvarků, aby jejich fúze způsobila nějakou škodu v makrosvětě. Kvarkových bomb se prý zatím nemusíme obávat.

Ať už se časem staneme svědky kvarkplozí a extrémních kvarkových bomb anebo nikoliv, každopádně je to vzrušující fyzikální objev. Jde o první teoretický důkaz, že subatomární částice mohou rozběhnout fúzní reakci, při které se uvolní energie. To je zcela nová situace ve fyzice elementárních částic. Karliner očekává, že se prvních fúzních reakcí kvarků dočkáme na LHC někdy během příštích let. Fantazie fyziků se už teď roztáčí na plné obrátky. Kdo ví, třeba má s fúzemi kvarků v nějakém ohledu co dělat i temná hmota.

Literatura
Live Science 2. 11. 2017, Nature 551: 89–91, Wikipedia (Xi baryon).