Dois físicos anunciaram a descoberta de um evento subatômico tão poderoso que os pesquisadores se perguntaram se seria perigoso demais tornar público.
O evento explosivo? A dupla mostrou que duas pequenas partículas conhecidas como quarks inferiores poderiam teoricamente se fundir em um flash poderoso. O resultado: uma partícula subatômica maior, uma segunda partícula sobressalente, conhecida como núcleo, e toda uma bagunça de energia derramando no universo. Essa "quarksplosão" seria um análogo subatômico ainda mais poderoso das reações individuais de fusão nuclear que ocorrem nos núcleos das bombas de hidrogênio.
Quarks são partículas minúsculas que geralmente são encontradas grudadas para formar os nêutrons e prótons dentro dos átomos. Eles vêm em seis versões ou "sabores": cima, baixo, cima, baixo, estranho e charme.
Eventos energéticos no nível subatômico são medidos em megaeletronvolts (MeV) e, quando dois quarks inferiores se fundem, descobriram os físicos, eles produzem 138 MeV. Isso é cerca de oito vezes mais poderoso do que um dos eventos individuais de fusão nuclear que ocorrem nas bombas de hidrogênio (uma explosão em grande escala consiste em bilhões desses eventos). As bombas H fundem minúsculos núcleos de hidrogênio conhecidos como deuterons e tritons para criar núcleos de hélio, juntamente com as explosões mais poderosas do arsenal humano. Mas cada uma dessas reações individuais dentro das bombas libera apenas cerca de 18 MeV, de acordo com o Nuclear Weapon Archive, um site dedicado à coleta de pesquisas e dados sobre armas nucleares. Isso é muito menos do que os 138 MeV dos quarks de fusão.
"Devo admitir que, quando percebi que essa reação era possível, fiquei com medo", disse ao Live Science o co-pesquisador Marek Karliner, da Universidade de Tel Aviv, em Israel. "Mas, felizmente, é um pônei de um truque."
Por mais poderosas que sejam as reações de fusão, uma única instância de fusão por si só não é de todo perigosa. As bombas de hidrogênio derivam seu enorme poder de reações em cadeia - a fusão em cascata de muitos e muitos núcleos ao mesmo tempo.
Karliner e Jonathan Rosner, da Universidade de Chicago, determinaram que tal reação em cadeia não seria possível com os quarks inferiores e, antes da publicação, compartilharam em particular suas idéias com colegas que concordaram.
"Se eu pensasse por um microssegundo que isso tivesse alguma aplicação militar, não o teria publicado", disse Karliner.
Para desencadear uma reação em cadeia, os fabricantes de bombas nucleares precisam de grandes estoques de partículas. E uma propriedade importante dos quarks inferiores os torna impossíveis de armazenar: eles desaparecem da existência apenas 1 picossegundo após serem criados, ou mais ou menos no tempo que leva para viajar metade do comprimento de um único grão de sal. Após esse período, eles decaem para um tipo de partícula subatômica muito mais comum e menos energético, conhecido como quark up.
Pode ser possível gerar reações de fusão única de quarks inferiores dentro de aceleradores de partículas de quilômetros de comprimento, disseram os cientistas. Mas mesmo dentro de um acelerador, não era possível montar uma massa de quarks grande o suficiente para causar danos ao mundo, disseram os pesquisadores. Portanto, não há necessidade de se preocupar com bombas de quarks de fundo.
A descoberta é emocionante, porém, porque é a primeira prova teórica de que é possível fundir partículas subatômicas de maneira a liberar energia, disse Karliner. Esse é um território totalmente novo na física de partículas muito pequenas, possibilitado por um experimento no Large Hadron Collider do CERN, o enorme laboratório de física de partículas perto de Genebra.
Aqui está como os físicos fizeram essa descoberta.
No CERN, as partículas fecham-se em torno de um anel subterrâneo de 27 quilômetros de comprimento, próximo à velocidade da luz, antes de se chocarem umas com as outras. Os cientistas então usam computadores poderosos para filtrar os dados dessas colisões, e partículas estranhas às vezes emergem dessa pesquisa. Em junho, algo especialmente estranho apareceu nos dados de uma dessas colisões: um bárion "duplamente encantado", ou um primo volumoso de nêutrons e prótons, composto por dois primos dos quarks "inferior" e "superior" conhecido como quarks "charme".
Agora, os quarks de charme são muito pesados em comparação com os quarks de cima e para baixo mais comuns que formam prótons e nêutrons. E quando partículas pesadas se unem, elas convertem grande parte de sua massa em energia de ligação e, em alguns casos, produzem um monte de energia restante que escapa para o universo.
Quando dois quarks de charme se fundem, Karliner e Rosner descobriram, as partículas se ligam a uma energia de cerca de 130 MeV e cospem 12 MeV em energia restante (cerca de dois terços da energia da fusão deuteron-triton). Essa fusão encantada foi a primeira reação de partículas nessa escala que já emitiram energia dessa maneira, e é o principal resultado do novo estudo, publicado ontem (1 de novembro) na revista Nature.
A fusão ainda mais energética de dois quarks inferiores, que se ligam a uma energia de 280 MeV e cuspem 138 MeV quando se fundem, é a segunda e mais poderosa das duas reações descobertas.
Até agora, essas reações são inteiramente teóricas e não foram demonstradas em laboratório. Esse próximo passo deve vir em breve. Karliner disse que espera ver os primeiros experimentos mostrando essa reação no CERN nos próximos dois anos.
Nota do editor: Este artigo foi atualizado para corrigir uma declaração dizendo que os quarks superiores compõem nêutrons e prótons. Os quarks acima e abaixo compõem prótons e nêutrons.
