Ультразвуковой термояд: эпизод третий
|
Двое исследователей из Университета Пердью заявили, что проведенные ими эксперименты подтверждают возможность зажигания термоядерной реакции с помощью ультразвука. Внимательный анализ показывает, что эти утверждения более чем спорны.
Если в сосуде с водой сфокусировать мощную ультразвуковую волну, то давление звука породит в воде маленький пузырек, который будет периодически расширяться и схлопываться. В момент схлопывания внутри пузырька происходят потрясающие вещи: концентрация энергии самопроизвольно возрастает в триллион раз, превращая маленький объем воды в плазму с температурой свыше 10 000 градусов. Этот пузырек плазмы испускает яркую вспышку голубоватого света, которую можно легко увидеть и невооруженным взглядом. Именно так протекает явление сонолюминесценции — превращение звука в свет. (см. популярную вводную статью Сонолюминесценция: загадки, идеи, объяснения).
Кажется очень заманчивым приручить это чудо природы, использовать его для пользы человека. Например, если удастся повысить температуру внутри пузырька до миллионов градусов, то станет возможной реакция термоядерного синтеза. Увы, современные теоретические расчеты и экспериментальные данные говорят, что это нереально: динамика схлопывающегося пузырька не допускает нагрева выше, чем примерно 50 000 градусов. Однако в сердцах многих исследователей теплится надежда, что эти ограничения можно как-то обойти.
В 2002 году в журнале Science вышла сенсационная статья интернациональной группы под руководством Р. Талеярхана из Окриджской национальной лаборатории. В ней утверждалось, что с помощью сонолюминесценции в дейтериевом ацетоне, облучаемом импульсным потоком нейтронов, удалось «зажечь» реакцию термоядерного синтеза дейтерия.
Физическое сообщество встретило это сообщение крайне скептически, и вокруг этой статьи сразу же загорелись нешуточные страсти. Независимые эксперименты, проведенные другой группой на той же самой установке, но только со своими детекторами, проявлений термоядерной реакции не обнаружили. Ряд последующих статей тоже ставил под сомнение сенсацию: например, было экспериментально доказано, что сонолюминесценция в летучих органических жидкостях идет гораздо труднее, чем в воде. Подробный разбор ситуации можно найти в популярных статьях Ультразвуковой термояд: критический анализ и Возможные источники погрешностей в эксперименте по ультразвуковому термояду, см. также статью Ультразвуковой термояд в Википедии.
Скепсис физического сообщества не остановил группу Талеярхана, и в 2004 году была опубликована еще одна работа с новыми данными в поддержку сенсационного вывода. Большого отклика, впрочем, эта статья не породила. Было ясно, что для каких-либо выводов требуются полностью независимые эксперименты.
В совсем недавней статье исследователей из Университета Пердью Yiban Xu and Adam Butt, Nuclear Engineering and Design 235, 1317 (2005) (см. также пресс-релиз Университета Пердью) описываются новые эксперименты по поиску результатов термоядерной реакции при сонолюминесценции. Авторы пишут, что использовали ту же самую установку, что и в работах Талеярхана, за одним лишь исключением: вместо импульсного источника нейтронов они использовали непрерывный (что, вообще говоря, умаляет ценность работы, поскольку теряется возможность проверить синхронность внешних нейтронов и следов термоядерной реакции). Авторы отмечают, что они тоже наблюдают последствия термоядерной реакции на достаточно высоком уровне статистической достоверности.
На этот раз, казалось бы, сенсационная новость была встречена учеными более чем прохладно, и на это есть свои причины. С критическими комментариями некоторых специалистов можно ознакомиться в заметке Is bubble fusion back? с сайта Physicsweb.org, однако я хотел бы представить и свои аргументы.
По сути дела, представлена работа на той же самой установке и по той же самой методике, без какой-либо существенной модернизации. Более того, поставлен эксперимент даже худшего качества, поскольку при непрерывном источнике нейтронов теряется один из ключевых аргументов работ 2002-го и 2004 года — совпадение по времени нейтронного сигнала с сонолюминесцентной вспышкой.
Формально, авторами работы являются два молодых исследователя из Университета Пердью, хотя ясно, что движущей силой является именно Талеярхан, получивший недавно позицию в этом университете. Он, безусловно, знает основные замечания критиков (взгляните на приведенные выше популярных статьи), но в работе нет ни малейшего намека на ответ на них. Более того, в работе приведены фотоснимки кавитационного пузырька, которые подтверждают одно из выдвинутых возражений, а именно, что сжатие пузырька несферическое, и потому не может породить высокие температуры.
Наконец, даже сам по себе подход к анализу данных вызывает недоумение. При вычислении погрешностей и уровня статистической значимости авторы совершенно игнорируют такую ключевой параметр, как систематическая погрешность эксперимента. Для сравнения скажу, что в физике элементарных частиц каждый детектор перед тем, как вступить в работу, месяцами исследуется вдоль и поперек на выявление всевозможных систематических погрешностей. Каждая статья, в которой делается заявление об открытии новой частицы, содержит несколько страниц, в которых самым прозрачным и подробным образом описывается учет систематических погрешностей детектора. В описываемой здесь работе нет ни малейшего намека на такой анализ.
Удивителен, наконец, даже сам текст статьи. Например, формулируя суть работы, авторы пишут, что «цель настоящего исследования заключалась в том, чтобы подтвердить ... наблюдение термоядерной реакции ...». Складывается ощущение, что эксперимент вообще мог не проводиться — авторы и так «знают», что получится.
Все это наводит на мысль, что в этой продолжающейся эпопеи с ультразвуковым термоядом мы имеем дело с попыткой «протолкнуть сенсацию» в ущерб всей методологии экспериментальной физики.
Игорь Иванов
