W urządzeniu wielkości termosu udało się wywołać reakcję fuzji nuklearnej – głosi na łamach „Science” zespół fizyków. Drugi zespół naukowców twierdzi, iż powtórzył eksperyment, ale… bez sukcesu. Kto ma rację? Odpowiedź może przyczynić się do lepszego poznania wnętrz gwiazd i może być warta… Nagrody Nobla.

Na Ziemi umiemy na razie doprowadzać tylko do wybuchowego przebiegu fuzji jąder atomowych podczas eksplozji bomb wodorowych. Przeprowadzenie tzw. fuzji kontrolowanej i zbudowanie reaktora termojądrowego rozwiązałyby wszystkie ziemskie problemy z energią. Od lat uczeni próbują okiełznać jądra w potężnych urządzeniach do utrzymywania gorącej plazmy, zwanych tokamakami. Badania kosztujące setki milionów dolarów do dziś jednak nie zakończyły się pełnym sukcesem. Udało się dotąd jedynie dokonać fuzji na pojedynczych jądrach w czasie eksperymentów w akceleratorach, oraz przez bardzo krótki czas w tokamakach. Dlatego wieść o przeprowadzeniu fuzji termojądrowej w urządzeniu wielkości termosu winna zaszokować świat naukowy.

Raport o eksperymencie ukaże się w najbliższy piątek w prestiżowym magazynie naukowym „Science”. Jego autorzy: prof. Rusi Taleyarkhan z renomowanego Oak Ridge National Laboratory w Tennessee oraz prof. Richard T. Lahey Jr. z Rensselaer Polytechnic Institute w Troy, twierdzą, że udało im się rozpalić Słońce na Ziemi.

Fuzja jądrowa polega na łączeniu się jąder lekkich pierwiastków w jądra pierwiastków cięższych. Aby reakcja mogła zajść, konieczne są bardzo wysokie temperatury (nawet rzędu 10 mln Kelwinów). Podczas łączenia się atomów część ich masy jest zamieniana w energię. Z energii powstałej w ten sam sposób korzysta większość gwiazd, także i nasze Słońce. Gdyby możliwe było utrzymanie i kontrola reakcji syntezy jądrowej na Ziemi, oznaczałoby to, że ludzkość zyska praktycznie nieograniczone źródło energii.

Jak wyglądał eksperyment prof. Taleyarkhana i prof. Laheya? Komorę wielkości niewielkiego termosu naukowcy napełnili cieczą, która od acetonu (popularnego rozpuszczalnika) różniła się tym, czym ciężka woda od zwykłej. Cały obecny w niej wodór został zastąpiony jego cięższym izotopem – deuterem.

Taki ciężki aceton naukowcy bombardowali następnie ultradźwiękami. Fale dźwiękowe powodują zagęszczenia i rozrzedzenia ośrodka, w którym się rozchodzą. W takiej cieczy zawsze trafiają się drobne pęcherzyki gazu. Pod wpływem burzy ultradźwięków zanurzone w cieczy pęcherzyki ulegały więc ściskaniu i rozprężaniu.

„Ta kompresja była wyjątkowo silna i szybka. Dzięki temu gaz rozgrzewał się i zmienił w plazmę, której temperatura sięgnęła kilku milionów stopni. W tych właśnie warunkach jądra deuteru łączyły się, tworząc jądra trytu (jeszcze cięższego izotopu wodoru)” – twierdzą Taleyarkhan i Lahey. Dowodem na poparcie ich hipotezy miałoby być znalezienie w cieczy trytu oraz wykrycie emisji swobodnych neutronów, która dodatkowo powinna towarzyszyć fuzji. „To naprawdę była fuzja termojądrowa. Pierwsze pomiary zrobiliśmy już przed rokiem, a od tego czasu powtarzaliśmy eksperyment wiele razy” – mówi dr Lahey.

Podczas tej fuzji w pęcherzykach gazu wydzielało się co prawda niewiele energii, ale – zdaniem Laheya – można byłoby zwielokrotnić ten proces i zastosować go komercyjnie. „Mamy już kilka pomysłów, jak to zrobić” – twierdził w rozmowie z dziennikiem „New York Times”.

„Efekt byłby bardzo interesujący z fizycznego punktu widzenia, ale raczej nie mógłby stanowić praktycznego źródła energii” – sądzi tymczasem Lee Riedinger, dyrektor ds. nauki i technologii w laboratorium Oak Ridge.

Dyrektor Riedinger od początku był sceptycznie nastawiony do wyników. Jeszcze w czerwcu zeszłego roku polecił, by dwaj doświadczeni fizycy jądrowi, Dan Shapira i Michael J. Saltmarsh, powtórzyli eksperyment kolegów. Dostali do dyspozycji to samo urządzenie oraz… dużo lepszy detektor neutronów. „Mimo najszczerszych chęci nie wykryliśmy takiej emisji neutronów, która wskazywałaby, że w ciężkim acetonie zachodzi synteza trytu” – mówił Shapira.

„Trzeba być bardzo ostrożnym w takich doświadczeniach, bo łatwo dać się oszukać” – dodaje Saltmarsh. Sądzi on, że jego koledzy popełnili błąd w pomiarze. Liczyli neutrony, które pochodziły z innego źródła. O pomyłkę było tym łatwiej, że podczas eksperymentu pojemnik z cieczą był dosłownie bombardowany zewnętrznymi neutronami, które miały powiększać pęcherzyki gazu do rozmiaru milimetra. Im większy bowiem początkowy rozmiar pęcherzyka – tym większą energię daje jego nagłe skurczenie. I – zdaniem Saltmarsha – te zewnętrzne neutrony mogły być mylnie uznane za efekt fuzji.

Zespół Taleyarkhana broni się wysnuwając podejrzenia, że Shapira i Saltmarsh źle skalibrowali detektor neutronów i niepoprawnie zinterpretowali wyniki. Zespół jednak przyznaje, że konieczne są dalsze badania i nie obiecuje fuzji dającej sie wykorzystać komercyjnie. Zamiast tego eksperyment mógłby pozwolić bezpośrednio zbadać zjawiska, do których dochodzi wewnątrz Słońca.

Mimo że drugi eksperyment nie potwierdził fuzji, tygodnik „Science” zgodził się opublikować wyniki Taleyarkhana i Laheya, którzy dowodzą, iż fuzja się powiodła. Redaktorzy czasopisma nawet uczynili publikację głównym, okładkowym tekstem w numerze na 8 marca. Czyżby prestiżowe pismo padło ofiarą zręcznej, naukowej mistyfikacji? Niekoniecznie.

„Science” zawsze posyła artykuły do kilku niezależnych recenzentów, którzy sprawdzają, czy praca nadaje się do druku. Dr Lahey potwierdza, że zespół został przepytany przez recenzentów. „Oczywiście, wszyscy obawiali się, czy nie popełniliśmy pomyłki, czy rzeczywiście mamy do czynienia z fuzją” – opowiada dr Lahey. Konsylium to trwało prawie rok, aż w końcu recenzenci „Science” stwierdzili, że w metodzie ani technice pomiarów nie ma żadnego błędu. Ale nie wszyscy. Dwóch, m.in. Seth Putterman z UCLA, przyznało, że negatywnie oceniło pracę.

Decyzja „Science” o publikacji kontrowersyjnego artykułu oburzyła wielu fizyków. Za bardzo przypomina im to historię „zimnej fuzji” z marca 1989 roku, kiedy to dwaj fizycy Stanley Pons i Martin Fleischmann z uniwersytetu w Utah ogłosili, że udało im się osiągnąć reakcję połączenia jąder wodorowych w temperaturze pokojowej i przy użyciu zupełnie niewyszukanych przyrządów. W pierwszych, entuzjastycznych doniesieniach naukowcy z różnych stron świata potwierdzali wyniki Ponsa i Fleischmanna. Ale kolejne i przez to zapewne lepiej przygotowane badania dały wynik negatywny. Do dziś nikomu nie udało się powtórzyć ich eksperymentów, ale Pons i Fleischmann nadal pracują i dostają na swoje badania pieniądze. Mają też w USA grupę zagorzałych zwolenników i popleczników, którzy popularyzują teorię w magazynie „Infinite Energy”, znanym z opisywania różnych cudownych pomysłów na tanie i niewyczerpalne źródła energii.

„Czyżby „Science” chciało przejąć pałeczkę od Infinite Energy?” – ironizuje prof. Robert L. Park z Uniwersytetu w Maryland na stronach internetowego serwisu Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego.

Nie wszyscy naukowcy są jednak równie sceptyczni. Niektórzy wierzą, że fuzja w pęcherzykach jest możliwa. „Nie myślę wcale o zimnej fuzji. Wprost przeciwnie, wewnątrz bąbelka jest niezwykle gorąco – tak gorąco jak we wnętrzu gwiazdy. Dlaczego więc nie miałaby tam zajść ta sama reakcja, która podtrzymuje płomień gwiazd?” – komentował Robert Apfel, prof. Yale University.