O noua forma a materiei poate oferi posibilitatea energiei nelimitate

În prezent, cel mai greu element din tabelul periodic este oganessonul, care are o masa atomica de 294 si a fost numit în mod oficial în 2016. Ca fiecare element din tabelul lui Mendeleev, aproape întreaga masa a oganessonului provine de la protoni si neutroni (tipuri de barioni) care sunt formati din câte trei quarci fiecare. O trasatura cruciala a acestei materii barionice este ca acesti quarci din componenta ei sunt legati între ei de forta nucleara tare, ceea ce îi face inseparabili. Particulele realizate din quarcii legati între ei (precum protonii si neutronii) sunt numite hadroni, iar savantii se refera la starea de baza a materiei barionice ca fiind „materie hadronica”.

Hadronii reprezinta o categorie generala de particule care includ si barionii.

Oganessonul poate fi unul dintre ultimele elemente de tipul lui. Într-o noua lucrare, savantii prezic ca elementele cu mase mai mari de 300 pot fi compuse din quarci „jos” si „sus” liberi – acelasi tip de quarci care intra în componenta protonilor si neutronilor, dar acestia nu sunt legati în tripleti. Savantii prezic ca acest tip de materie, numit ”up down quark matter” sau udQM, poate fi stabila pentru elemente extrem de grele care pot exista dincolo de limita tabelului periodic. Daca ar putea fi produsa pe Terra, udQM are potentialul de a fi folosita ca sursa de energie, scrie Phys.

Posibilitatea ca materia barionica sa aiba o stare fundamentala de udQM, si nu materia hadronica în general, este descrisa într-o lucrare publicata în Physical Review Letters de cercetatorii Bob Holdom, Jing Ren si Chen Zhang de la Universitatea din Toronto.

Ideea ca un anumit tip de materie din quarci poate fi starea fundamentala a materiei barionice nu este noua. Într-o lucrare faimoasa din 1984, fizicianul Edward Witten a sugerat ca SQM (strange quark matter) poate îndeplini acest rol. Totusi, SQM este compusa din cantitati comparabile de quarci sus, jos si straniu. Unul dintre rezultatele ultimului studiu arata ca materia din quarci fara cei straniu, adica udQM, are o energie de masa mai mica per barion decât SQM sau materia hadronica, fiind preferabila din punct de vedere energetica.

„Fizicienii au cautat SQM timp de decenii”, au precizat cercetatorii pentru Phys.org. „Din rezultatele noastre, multi savanti s-au uitat în locul gresit. Este chiar o întrebare de baza: care este cea mai joasa stare de energie a unui numar suficient de mare de quarci? Sugeram ca raspunsul nu este materia nucleara sau SQM, ci udQM, o stare compusa din quarci jos si sus cu masa extrem de mica.”

Ideea ca o astfel de materie s-ar afla dincolo de limitele tabelului periodic este oarecum surprinzatoare pentru ca, în general, ar exista numai în medii extreme, precum miezul stelelor neutronice, acceleratoare de particule si primele milisecunde ale Universului. Atunci când este produsa de un accelerator, materia se descompune într-o fractiune de secunda în materie hadronica (cu quarci legati între ei).

Fizicienii spera ca daca masa minima de elemente cu o stare fundamentala de udQm nu este mai mare de 300, este posibila producerea acestei noi forme de materie stabila prin fuzionarea unora dintre cele mai grele elemente. Se asteapta ca una dintre marile provocari sa fie legata de aprovizionarea cu suficienti neutroni pentru reactie, dar si asa, udQM ar fi mai usor de produs decât SQM. Unul dintre motivele pentru optimismul lor consta în faptul ca noile rezultate indica existenta unui „zone de stabilitate”, în care udQM ar avea cea mai stabila configuratie.

„Spre deosebire de fuziunea nucleara, acesta este un proces care ar fi mai usor de initiat si de controlat”

Daca producerea de udQM prezinta dificultati de netrecut, cercetatorii mentioneaza ca ar putea fi gasita si pe Pamânt, întrucât poate ajunge prin radiatiile cosmice, ajungând sa fie prinsa în materia normala. Pe viitor, savantii planuiesc sa exploreze posibilitatea cautarii materiei din quarci, atât pe Terra, cât si în locuri mai îndepartate.

Daca se va putea produce si/sau gasi în cantitati suficient de mari, o aplicatie potentiala este prezentata de generarea de energie.

„Daca o astfel de materie este gasita (sau produsa în acceleratoare), poate fi stocata si alimentata cu neutroni sau ioni grei. Absorbtia acestor particule duce la o masa totala mai mica si astfel la eliberare de energie, în mare parte sub forma radiatiilor gamma. Spre deosebire de fuziunea nucleara, acesta este un proces care ar fi mai usor de initiat si de controlat”, au adaugat cercetatorii.

Bogdan

Per aspera ad astra