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Image credit: CERN

「夸克融合」可以產生核融合十倍的能量

但要將理論轉為現實還有非常、非常長的路要走。

Andy Yang
2017 年 11 月 8 日, 下午 02:40
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「核融合」是將兩個不同原子的原子核撞在一起,在轉變成另一個元素的過程中產生能量。目前世界上有不少機構都投入了對核融合能源的研發,但即使經過了這麼久的時間,我們依然持續停留在「五十年後」的狀態。雖說實踐受挫,但這並不阻止理論物理學家們往更長遠的方向幻想 -- 據以色列特拉維夫大學與芝加哥大學的共同研究,下一步或許可以往「夸克融合」的方向前進,產生核融合十倍以上的能量。

在標準模型中,所有的物質都是由夸克所組成,例如質子是兩個上夸克和一個下夸克,而中子則是由一個上夸克和兩個下夸克。除了上、下夸克之外,夸克家族還有更「重」(高能量)的魅夸克、奇夸克、底夸克和頂夸克四種,全部的夸克都曾在高能粒子碰撞實驗中現出蹤跡。

科學家這次的發現,是在碰撞中找到了一種特別的反應 -- 兩個 Λc 重子(由上、下、魅夸克組成的粒子)對撞後,產生出一個 Ξcc 粒子(魅+魅+上)和一個中子(上+下+下),並產生 12MeV 的能量。這種對撞後重新組合併釋出能量的反應與核融合相當具有類比性,但完全在更微小的尺度下進行。

有了這個反應做基礎,科學家們接著便從純理論的角度去分析,看所有的夸克組合中,哪種的對撞能產生最大的效果。進一步探討的結果發現,兩個 Λb 重子(上+下+底)對撞的能量最高,達到 138MeV 之譜,大約是氫核融合的 10 倍之多。然而,底夸克存在的時間非常、非常短暫,一下子就會衰變成別的夸克,要如何在它存在的這極微小的時間內與另一個相同的重子互動,是個目前技術尚做不到的事。

當然,科學家在公佈前也有想到被武器化的可能,但就算不考慮實務上的可行性,目前的研究指向這個反應無法被連鎖化,因此能量應該很難瞬間、大量地釋出。雖然說完全受控制的反應不知道還要多少年才能實現,但計算指出單獨事件的發生是在目前 LHC 的能力之內的,所以說不定不久後就能由實驗確認了呢。