O nouă formă a materiei poate oferi posibilitatea energiei nelimitate

În prezent, cel mai greu element din tabelul periodic este oganessonul, care are o masă atomică de 294 şi a fost numit în mod oficial în 2016. Ca fiecare element din tabelul lui Mendeleev, aproape întreaga masă a oganessonului provine de la protoni şi neutroni (tipuri de barioni) care sunt formaţi din câte trei quarci fiecare. O trăsătură crucială a acestei materii barionice este că aceşti quarci din componenţa ei sunt legaţi între ei de forţa nucleară tare, ceea ce îi face inseparabili. Particulele realizate din quarcii legaţi între ei (precum protonii şi neutronii) sunt numite hadroni, iar savanţii se referă la starea de bază a materiei barionice ca fiind „materie hadronică”.

Hadronii reprezintă o categorie generală de particule care includ şi barionii.

Oganessonul poate fi unul dintre ultimele elemente de tipul lui. Într-o nouă lucrare, savanţii prezic că elementele cu mase mai mari de 300 pot fi compuse din quarci „jos” şi „sus” liberi – acelaşi tip de quarci care intră în componenţa protonilor şi neutronilor, dar aceştia nu sunt legaţi în tripleţi. Savanţii prezic că acest tip de materie, numit „up down quark matter” sau udQM, poate fi stabilă pentru elemente extrem de grele care pot exista dincolo de limita tabelului periodic. Dacă ar putea fi produsă pe Terra, udQM are potenţialul de a fi folosită ca sursă de energie, scrie Phys.

Posibilitatea ca materia barionică să aibă o stare fundamentală de udQM, şi nu materia hadronică în general, este descrisă într-o lucrare publicată în Physical Review Letters de cercetătorii Bob Holdom, Jing Ren şi Chen Zhang de la Universitatea din Toronto.

Ideea că un anumit tip de materie din quarci poate fi starea fundamentală a materiei barionice nu este nouă. Într-o lucrare faimoasă din 1984, fizicianul Edward Witten a sugerat că SQM (strange quark matter) poate îndeplini acest rol. Totuşi, SQM este compusă din cantităţi comparabile de quarci sus, jos şi straniu. Unul dintre rezultatele ultimului studiu arata că materia din quarci fără cei stranii, adică udQM, are o energie de masă mai mică per barion decât SQM sau materia hadronică, fiind preferabilă din punct de vedere energetic.

„Fizicienii au căutat SQM timp de decenii”, au precizat cercetătorii pentru Phys.org. „Din rezultatele noastre, mulţi savanţi s-au uitat în locul greşit. Este chiar o întrebare de bază: care este cea mai joasă stare de energie a unui număr suficient de mare de quarci? Sugerăm că răspunsul nu este materia nucleară sau SQM, ci udQM, o stare compusă din quarci jos şi sus cu masa extrem de mică.”

Ideea că o astfel de materie s-ar afla dincolo de limitele tabelului periodic este oarecum surprinzătoare pentru că, în general, ar exista numai în medii extreme, precum miezul stelelor neutronice, acceleratoare de particule şi primele milisecunde ale Universului. Atunci când este produsă de un accelerator, materia se descompune într-o fracţiune de secundă în materie hadronică (cu quarci legaţi între ei).

Fizicienii speră că dacă masa minimă a elementelor cu o stare fundamentală de udQm nu este mai mare de 300, este posibilă producerea acestei noi forme de materie stabilă prin fuzionarea unora dintre cele mai grele elemente. Se aşteaptă ca una dintre marile provocări să fie legată de aprovizionarea cu suficienţi neutroni pentru reacţie, dar şi aşa, udQM ar fi mai uşor de produs decât SQM. Unul dintre motivele pentru optimismul lor constă în faptul că noile rezultate indică existenţa unei „zone de stabilitate”, în care udQM ar avea cea mai stabilă configuraţie.

„Spre deosebire de fuziunea nucleară, acesta este un proces care ar fi mai uşor de iniţiat şi de controlat.”

Dacă producerea de udQM prezintă dificultăţi de netrecut, cercetătorii menţionează că ar putea fi găsită şi pe Pământ, întrucât poate ajunge prin radiaţiile cosmice, ajungând să fie prinsă în materia normală. Pe viitor, savanţii plănuiesc să exploreze posibilitatea căutării materiei din quarci, atât pe Terra, cât şi în locuri mai îndepărtate.

Dacă se va putea produce şi/sau găsi în cantităţi suficient de mari, o aplicaţie potenţială este reprezentată de generarea de energie.
„Dacă o astfel de materie este găsită (sau produsă în acceleratoare), poate fi stocată şi alimentată cu neutroni sau ioni grei. Absorbţia acestor particule duce la o masă totală mai mică şi astfel la eliberare de energie, în mare parte sub forma radiaţiilor gamma. Spre deosebire de fuziunea nucleară, acesta este un proces care ar fi mai uşor de iniţiat şi de controlat”, au adăugat cercetătorii.

Citiți și:
Fizicienii de la Universitatea Cambridge au descoperit o nouă stare a materiei. Se deschid noi posibilități ale științei 
S-a reușit ceea ce părea a fi imposibil: fizicienii au creat, în laborator, materia supersolidă. Paradoxal, aceasta se comportă ca un… superfluid! 

yogaesoteric
6 octombrie 2018