Oto jedna z podstawowych zasad odkryta już przez pionierów radioaktywności: niezależnie od tego, czy umieścimy atomy pierwiastków promieniotwórczych w polu magnetycznym, czy będziemy je ogrzewać, czy może poddamy je wymyślnym reakcjom chemicznym, ich radioaktywność nie zmieni się.

Ale przecież wszystkie reguły posiadają wyjątki, a uparci fizycy będą tak długo kombinować aż wykombinują... I tak oto już w latach sześćdziesiątych zaczęli dochodzić do wniosku, że nieznaczne wahania radioaktywności są możliwe do osiągnięcia dzięki umiejętnemu manipulowaniu ciśnieniem.

Kawitacja akustyczna

Zresztą niejedno spośród największych marzeń fizyków wiąże się właśnie z owym umiejętnym manipulowaniem ciśnieniem; przynosi ono wszakże spektakularne rezultaty na wielu fizycznych frontach. Bardzo często nie zdajemy sobie do końca sprawy z tego, co udaje się osiągnąć i co w ogóle jest do osiągnięcia możliwe.

Jedną z ulubionych metod grzebania w ciśnieniu jest tzw. kawitacja akustyczna będąca wynikiem „atakowania” cieczy falą ultradźwiękową. W ten sposób powstają w niej obszary silnie podwyższonego i obniżonego ciśnienia, a bąbelki gazu, które tworzą się w tych warunkach, najpierw rozdymają się pod wpływem niższego ciśnienia, a następnie zostają bardzo bardzo gwałtownie ściśnięte przez to wysokie. W efekcie implodują z taką siłą, że osiągane w tym procesie temperatury dochodzą co najmniej do tysięcy stopni. Zapadaniu się tych bąbelków towarzyszy proces nie mniej efektowny, ale już zdecydowanie słabiej poznany – tzw. sonoluminescencja, czyli emisja fali świetlnej.

Jedna z teorii próbujących go tłumaczyć sugeruje powstawanie w tym czasie plazmy. Niektórzy idą jeszcze dalej – jeśli plazma to i fuzja termojądrowa, czyli reakcja, która jest źródłem energii Słońca i wielu innych gwiazd. Reakcja ta polega na łączeniu się dwóch lżejszych jąder atomowych w jedno cięższe, czemu towarzyszy wydzielanie dużych ilości energii. A tanie źródła energii to właśnie to, czego tak intensywnie szuka się od lat. Jednak do takiej syntezy potrzeba temperatur rzędu milionów kelwinów. Czy rzeczywiście aż takie są osiągane w wyniku kawitacji akustycznej? Jeśli tak, w połączeniu z wysokim ciśnieniem rzeczywiście stwarza to warunki umożliwiające reakcję syntezy. Jednak po dotkliwej nauczce z zimną fuzją środowisko naukowe podchodzi do wszelkich rewelacji związanych z reakcjami termojądrowymi z wielką ostrożnością.

Legenda zimnej fuzji

Zimna fuzja to synteza jąder atomowych zachodząca w znacznie niższych temperaturach niż fuzja termojądrowa. Od lat szuka się sposobu na nadanie jądrom energii wystarczających do pokonania wzajemnego odpychania elektrostatycznego ich protonów i zbliżenia ich na taką odległość, przy której tzw. silne (ale o krótkim zasięgu) oddziaływania jądrowe przeważą to odpychanie. Oczywiście jedną z metod jest odpowiednia temperatura, ale w tym wypadku wynosi ona właśnie miliony stopni. Stąd każde rozwiązanie, które nie wymagałoby uzyskania aż takich temperatur, nazywane jest zimną fuzją. W 1989 roku dwóch uczonych ogłosiło, że udało im się doprowadzić do zimnej fuzji atomów deuteru za pomocą elektrolizy ciężkiej wody – czyli wody, której cząsteczki zbudowane są z tlenu i deuteru właśnie – z wykorzystaniem elektrod palladowych. Po tym odkryciu kolejne laboratoria donosiły o powtórzeniu tego doświadczenia i potwierdzeniu jego wyników. Świat naukowy (i mniej naukowy też) wpadł w euforię, gdy nagle z kilku poważnych ośrodków naukowych spłynęły dane zaprzeczające możliwości uzyskania zimnej fuzji w takich warunkach. I rzeczywiście, od tego czasu nikt nie przedstawił dowodów na takie zjawisko. Jednak w konsekwencji zimna fuzja stała się swoistym mitem, a każda kolejna informacja o sukcesie rodzi raczej ostrożność i niedowierzanie niż euforię. Słusznie skądinąd, bo żadnej z nich nie udało się do tej pory zweryfikować.

Tym razem badania z wykorzystaniem bąbelków kawitacyjnych prowadzono w zupełnie innym kierunku, ale ich wyniki są tak nieoczekiwane, że nawet entuzjaści zimnej fuzji wybudzają się ze snu zimowego. Tu wszystko opiera się na zjawisku zwanym wychwytem elektronów lub wychwytem K.

Zamach na elektron

Na początku lat 30. ubiegłego wieku Enrico Fermi odkrył proces, który doprowadził go do opisania jednego z czterech podstawowych oddziaływań w fizyce – oddziaływania słabego – i który nazwał rozpadem beta. Zachodzi on w dwóch wersjach: plus i minus. Druga z nich, interesująca dla nas, polega na przemianie neutronu znajdującego się w jądrze atomowym w proton, czemu towarzyszy emisja elektronu i antyneutrina elektronowego.

Proces ten zainteresował Hideki Yukawę, japońskiego fizyka pracującego w tym czasie nad teorią mezonów. Do tego stopnia, że zapostulował on nawet istnienie procesu odwrotnego – czyli takiego, w którym jeden z elektronów krążących wokół jądra atomu jest przechwytywany przez proton, w wyniku czego powstaje neutron (pozostający w jądrze) i neutrino elektronowe, które jest emitowane. Teoria ta dość szybko, bo w 1937 roku, została zweryfikowana doświadczalnie przez przyszłego Noblistę Luiza Waltera Alvareza. Nazywamy ją właśnie wychwytem elektronu bądź wychwytem K, ponieważ przeważnie (choć nie zawsze) dotyczy elektronu krążącego po orbicie najbliższej jądru atomowego, czyli – według modelu Bohra – orbicie K.

Radioaktywność w galopie

Kilkadziesiąt lat później odkryto, że czynnikiem, który potrafi wpływać na ilość wychwytów K, jest ciśnienie. A jeśli dobrze się nad tym zastanowić, nie będzie to znowu takie zaskakujące. Bo kiedy poddamy próbkę zawierającą radioaktywne atomy działaniu wysokiego ciśnienia, odległości między nimi zmniejszą się gwałtownie i pola elektromagnetyczne, którymi oddziaływają one wzajemnie na siebie, mogą nieznacznie zmodyfikować rozmiary orbitali atomowych. A to spowoduje również niewielką zmianę w charakterystycznej dla danego pierwiastka liczbie wychwytów K.

Tyle że w Physics Letters A ukazał się właśnie artykuł zatytułowany „Piezonuclear decay of thorium” przynoszący konkretne, liczbowe wyniki serii eksperymentów przeprowadzonych z radioaktywnym torem 228. Z badań przeprowadzonych przez zespół włoskiego fizyka Fabio Cardone pracującego w rzymskim Istitutio per lo Studio dei Materiali Nanostrutturati jednoznacznie wynika, że za pomocą ultradźwięków i kawitacji akustycznej radioaktywność tego pierwiastka wzrasta nie nieznacznie, ale… 10 000 razy!

Jeśli inne laboratoria potwierdzą te doświadczenia, szykuje nam się mała rewolucja. Coś na miarę zimnej fuzji właśnie.