• ראשי
  • חשיפה: התגלית שהפיזיקאים שקלו לשמור בסוד

    מדענים מאוניברסיטת תל אביב נדהמו לגלות כי ניתן להפיק כמות עצומה של אנרגיה מהיתוך חלקיקי יסוד הקרויים קווארקים  - פי 10 מהאנרגיה המופקת מהיתוך גרעיני

     

    עם הכוח והידע באה גם אחריות גדולה. בעקבות גילוי הביקוע הגרעיני בשנות ה-30 של המאה הקודמת, נוצרו יישומים נפלאים ונוראיים - מצד אחד אנרגיה גרעינית, שהיא נקייה יותר משריפת דלק או פחם, ומצד שני נשק גרעיני – הנשק ההרסני ביותר בתולדות האנושות.

     

    לכן, כאשר פרופ' מארק קרלינר מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב ועמיתו ג'ונתן רוזנר מאוניברסיטת שיקגו, הצליחו לחשב את כמות האנרגיה שעשויה להיווצר מהיתוך של סוגים שונים של קווארקים – חלקיקי יסוד שהם מאבני הבניין הבסיסיות ביותר של החומר ביקום, ומצאו כי היא עשויה להיות גדולה פי 10 מהאנרגיה שנוצרת בהיתוך גרעיני, לא פלא שהם שקלו לשמור את התגלית שלהם בסוד.

     

    "היתוך גרעיני הוא תהליך מוכר, שבו מתמזגים גרעיני אטומים ופולטים אנרגיה. התהליך מתרחש באופן טבעי בליבות כוכבים ביקום, כמו השמש שלנו, ולמצער בני האדם למדו לנצל אותו בפצצות מימן." מסביר פרופ' מארק קרלינר מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב. "כיום נעשים ניסיונות להשתמש בתהליך זה לייצור אנרגיה בכורי היתוך גרעיני, אך ניסיונות אלה טרם הבשילו לרמה תעשייתית. במקביל, מדענים שואלים כבר זמן רב אם קיים גם היתוך בין חלקיקים זעירים יותר: חלקיקי יסוד הקרויים קווארקים, המהווים אבני בניין בסיסיות של החומר ביקום. שני סוגי הקווארקים הקלים ביותר מרכיבים את הפרוטונים והנויטרונים המצויים בתוך גרעיני האטומים. קווארקים אחרים, כבדים יותר, מרכיבים 'בני דודים' של הפרוטון והנויטרון, המכונים באריונים."

     

    לפני חודשים אחדים גילו פיזיקאים ניסיוניים, במאיץ החלקיקים CERN הסמוך לג'נבה שבשווייץ, חלקיק מסוג חדש - באריון המכיל שני קווארקים כבדים מהסוג הקרוי 'קסום' (charm) וקווארק קל אחד. המסה של החלקיק החדש תואמת במדויק   חישוב תיאורטי שביצעו פרופ’ קרלינר ושותפו פרופ' רוזנר כבר בשנת 2014. התגלית הניסיונית, המאשרת את החיזוי התיאורטי, עוררה הדים רבים בקהילה המדעית בעולם.

     

    כוחה של נוסחה

    פרופ' קרלינר ופרופ' רוזנר הבינו כי המדידה המדויקת של מסת החלקיק בעל שני הקווארקים 'הקסומים' מאפשרת להם לראשונה לדמות תהליך של היתוך ברמת הקווארקים, ולחשב את תוצאותיו. "חישבנו מה קורה כשבאריון מהסוג שהתגלה במאיץ נוצר מהיתוך של שני באריונים שכל אחד מהם מכיל קווארק 'קסום' אחד," אומר פרופ' קרלינר. "בהיתוך כזה הקווארקים למעשה נארזים בצורה יעילה יותר. שני הקווארקים הכבדים, שקודם לכן היו נפרדים לחלוטין, נקשרים זה לזה בקשר חזק ביותר, ולכן נפלטת אנרגיה רבה. בלשון אחרת, אריזה יעילה יותר של קווארקים בתוך באריונים משחררת אנרגיה, בדיוק כשם שאריזה יעילה יותר של פרוטונים ונויטרונים משחררת אנרגיה בתהליך היתוך גרעיני רגיל."

     

    "בהינתן המסה של החלקיקים המעורבים, לפני ואחרי ההיתוך, ניתן לחשב במדויק את כמות האנרגיה הנפלטת, בעזרת הנוסחה הידועה של אלברט איינשטיין, e=mc²." החישוב הראה שכמות האנרגיה הנפלטת בהיתוך בין שני באריונים בעלי קווארק 'קסום' היא 12 מיליון אלקטרון-וולטים, כמות דומה לזו הנפלטת בהיתוך גרעיני בין שני איזוטופים כבדים של מימן.

     

    בהמשך ביקשו החוקרים לחשב מה יתרחש בהיתוך של שני קווארקים כבדים יותר - קווארקים מהסוג 'התחתון' (bottom), הכבדים פי 3 מקווארקים 'קסומים'. מכיוון שהתברר כי הם חזו במדויק את המסה של באריון בעל שני קווארקים 'קסומים', הם הסתמכו כעת על חיזוי נוסף, מאותו מאמר מ-2014, לגבי מסה של באריון בעל שני קווארקים 'תחתונים'. החישוב העלה כי כמות האנרגיה שתיפלט במקרה כזה גדולה כמעט פי 10 מזו הנוצרת בהיתוך גרעיני.

     

    צפירת הרגעה

    "חשוב להדגיש שלמרות שהממצאים שלנו עוררו עניין רב מבחינה תיאורטית, אין להם כל יישום מעשי," מסכם פרופ' קרלינר. "היתוך גרעיני המתרחש בכור, או להבדיל, בפצצת מימן, הוא תגובת שרשרת במצבור של חלקיקים רבים, וכך נוצרת כמות עצומה של אנרגיה. דבר כזה אינו אפשרי בהיתוך של קווארקים כבדים, פשוט מפני שלא ניתן לצבור את 'חומר הגלם' לתהליך ההיתוך. הקווארקים הכבדים מתפרקים עשירית פיקו-שנייה (*10-13 שנייה) לאחר שנוצרו. אילו חשבנו לרגע שלגילוי שלנו יש יישום מסוכן כלשהו, לא היינו מפרסמים אותו."

     

    אוניברסיטת תל-אביב, רחוב חיים לבנון 30, 6997801.
    UI/UX Basch_Interactive