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Image credit: CERN

「夸克融合」可以产生核融合十倍的能量

但要将理论转为现实还有非常、非常长的路要走。

Andy Yang
2017 年 11 月 8 日, 下午 02:01
CERN
「核融合」是将两个不同原子的原子核撞在一起,在转变成另一个元素的过程中产生能量。目前世界上有不少机构都投入了对核融合能源的研发,但即使经过了这么久的时间,我们依然持续停留在「五十年后」的状态。虽说实践受挫,但这并不阻止理论物理学家们往更长远的方向幻想 -- 据以色列特拉维夫大学与芝加哥大学的共同研究,下一步或许可以往「夸克融合」的方向前进,产生核融合十倍以上的能量。

在标准模型中,所有的物质都是由夸克所组成,例如质子是两个上夸克和一个下夸克,而中子则是由一个上夸克和两个下夸克。除了上、下夸克之外,夸克家族还有更「重」(高能量)的魅夸克、奇夸克、底夸克和顶夸克四种,全部的夸克都曾在高能粒子碰撞实验中现出踪迹。

科学家这次的发现,是在碰撞中找到了一种特别的反应 -- 两个 Λc 重子(由上、下、魅夸克组成的粒子)对撞后,产生出一个 Ξcc 粒子(魅+魅+上)和一个中子(上+下+下),并产生 12MeV 的能量。这种对撞后重新组合并释出能量的反应与核融合相当具有类比性,但完全在更微小的尺度下进行。

有了这个反应做基础,科学家们接着便从纯理论的角度去分析,看所有的夸克组合中,哪种的对撞能产生最大的效果。进一步探讨的结果发现,两个 Λb 重子(上+下+底)对撞的能量最高,达到 138MeV 之谱,大约是氢核融合的 10 倍之多。然而,底夸克存在的时间非常、非常短暂,一下子就会衰变成别的夸克,要如何在它存在的这极微小的时间内与另一个相同的重子互动,是个目前技术尚做不到的事。

当然,科学家在公布前也有想到被武器化的可能,但就算不考虑实务上的可行性,目前的研究指向这个反应无法被连锁化,因此能量应该很难瞬间、大量地释出。虽然说完全受控制的反应不知道还要多少年才能实现,但计算指出单独事件的发生是在目前 LHC 的能力之内的,所以说不定不久后就能由实验确认了呢。