Nguồn năng lượng phân rã từ hạt quark còn mạnh hơn cả bom hạt nhân

Bạn vẫn còn nhớ về loại hạt cơ bản mang tên Quark - Loại hạt tạo nên cơ thể bạn chứ?

Các nhà khoa học từ Đại học Tel Aviv ở Israel và Đại học Chicago ở Hoa Kỳ đã chứng minh được rằng các hạt quark có thể giải phóng năng lượng mạnh mẽ trong một phản ứng nhiệt hạch. Sức mạnh giải phóng từ các hạt quark còn lớn hơn rất nhiều so với phản ứng tổng hợp hạt nhân tạo ra bom hydro giải phóng năng lượng. Nhưng các nhà nghiên cứu nói rằng hạt quark sẽ phân rã trong 1 pico giây (1 pico giây = 0,001 nano giây), vì vậy mọi người không phải lo lắng về việc nó sẽ được sử dụng trong vũ khí huỷ diệt.

Sơ đồ mô tả các phản ứng nhiệt hạch tỏa nhiệt cấp quark ΛQΛQ′ → ΞQQ′N, trong đó Q,Q′ ∈ {b, c}. Ảnh: Nature (2017), DOI: 10.1038/nature24289 sơ đồ mô tả các phản ứng nhiệt hạch tỏa nhiệt cấp quark

Quark là những hạt tạo nên các hạt hạ nguyên tử như neutron và proton. Hiện có 6 loại hạt chính được phát hiện: quark lên, quark xuống, quark đỉnh, quark đáy, quark lạ và quark duyên. Trong số đó, chỉ có quark đỉnh và quark đáy là có khối lượng lớn nhất. Ánh sáng của chúng ổn định nhất và có thể được tìm thấy trong vũ trụ, trong khi các hạt khác chỉ có thể được tạo ra thông qua các va chạm năng lượng cao.

Vào tháng 6 năm 2017, nhóm CERN đã phát hiện ra một baryon (hay còn gọi là baryon fermion là các hạt hadron có spin bán nguyên chứa 3 quark hóa trị và 3 phản quark hóa trị) mới chứa hai hạt quark duyên từ dữ liệu va chạm năng lượng cao. Các nhà khoa học vào thời điểm đó đã suy đoán rằng các hạt quark duyên có thể giải phóng năng lượng dư vào vũ trụ trong quá trình kết hợp lại thành các baryon.

Trong nghiên cứu đăng trên Nature, Marek Karine của Đại học Tel Aviv và Jonathan Rosner của Đại học Chicago đã tính toán về mặt lý thuyết rằng hai hạt quark duyên sẽ giải phóng năng lượng 12MeV (megaelectron volt) trong phản ứng tổng hợp, bằng khoảng 2/3 năng lượng từ phản ứng nhiệt hạch (18MeV). Sự hợp nhất của hai hạt quark đáy thậm chí có thể giải phóng một nguồn năng lượng mạnh 138 meV.

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cho biết, trong bom nguyên tử, phản ứng nhiệt hạch đơn lẻ không gây nguy hiểm mà nó sẽ phát huy sức mạnh bằng cách tích tụ một lượng lớn deuterium và tritium để tạo ra phản ứng tổng hợp dây chuyền.

Sau khi hạt quark được sản xuất, nó sẽ phân rã thành các hạt thông thường có năng lượng thấp hơn trong vòng 1 pico giây và không thể tích lũy, lưu trữ để gây ra phản ứng dây chuyền. Nghiên cứu mới này sẽ mở ra một lĩnh vực vật lý hạt cơ bản hoàn toàn mới. Trong hai năm tới, máy va chạm Hadron Lớn của CERN sẽ có thể thực hiện các thí nghiệm tương tự để xác minh tiềm năng thực sự của phản ứng tổng hợp quark.