聲波聚變

著名期刊科學雜誌的編輯唐納德·肯尼迪知道，如果他發表這篇論文，將會引發一場爭論。這並不是因為這項工作粗製濫造或憑空捏造。相反，這些實驗是由橡樹嶺國家實驗室 (ORNL)、倫斯勒理工學院 (RPI) 和俄羅斯科學院備受尊敬的資深科學家們非常謹慎地進行的。

但作者們所聲稱的事情實在太非同尋常了：核聚變反應，即為恆星和氫彈提供能量的那種反應，已經在實驗室的工作臺上被創造出來，使用的僅僅是一個振動環、一箇中子槍和一個裝有特殊製備丙酮的燒杯。此外，《華盛頓郵報》報道稱，至少有三位審稿專家曾敦促科學雜誌拒絕發表這篇文章。最後，還有橡樹嶺另一個團隊進行的後續研究（尚未經過同行評審），該研究聲稱，當他們使用不同的感測器重複實驗並以不同的方式分析資料時，核聚變反應的證據消失了。

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“毫無疑問，我們不能保證每項結果都是正確的就發表論文，”肯尼迪在 2002 年 3 月 8 日出版的科學雜誌上發表的社論中謹慎地寫道。“我們非常確定的是，即使——或許尤其是——存在爭議時，發表也是正確的選擇。”

歷史重演？

這項實驗如此類似於 1989 年的“冷聚變”慘敗，註定會引發爭議。當時，猶他大學的斯坦利·龐斯和馬丁·弗萊施曼聲稱他們發現了室溫反應；這一宣佈成為頭條新聞，但很快就被證偽。然而，兩者之間存在重要的差異。在目前的情況下，相信自己找到了一條新的聚變途徑的科學家們提出了一種合理的機制，解釋了聚變可能發生的原理。而且，他們還發現了兩個真正奇怪的異常現象，傳統物理學無法輕易解釋。

正如 ORNL 的 Rusi Peri Taleyarkhan、RPI 的 Richard T. Lahey 及其合作研究者所描述的那樣，這種現象發生在他們研究聲致發光——由聲音產生的光——時。德國科學家在 20 世紀 30 年代首次觀察到聲致發光現象，當時他們將聲納揚聲器浸入水浴中。但直到過去十年，科學家們才弄清了許多細節。

我們稱之為聲音的東西實際上是一系列移動的壓力波前。隨著聲波掃過，固定點的壓力從低到高再到低擺動。如果聲音足夠大，頻率合適，則波谷處的壓力會非常低，以至於液體會沸騰，產生微小的氣泡。當聲波波峰處的高壓波前猛烈撞擊這些氣泡時，它們會內爆，衝擊波會將內爆能量聚焦到原子尺寸的中心區域。該中心點的溫度會飆升至 10,000 攝氏度以上，壓力會飆升至 10,000 個大氣壓，並且會發出持續幾皮秒的光閃。氣泡越大，內爆能量就越大，聲致發光閃光就越熱越亮。

罐中之星

標準聲致發光實驗使用水。Taleyarkhan 的小組使用了有機化學物質丙酮，一種常見的指甲油去除劑成分，因為它富含吸收中子的碳和氫原子。然後，研究人員透過兩種方式在丙酮中載入了額外的中子。首先，他們使用了由氘製成的丙酮，氘是帶有一個額外中子的氫。其次，他們將丙酮燒瓶放在中子輻射源旁邊，其中一種情況是鈽鈹塊，另一種情況是脈衝中子槍。

他們的希望是，射入丙酮的中子會與碳和氫原子核碰撞，這將產生擾動，從而“播種”聲波產生的氣泡。會同時形成比正常情況下更多的氣泡，並且平均而言，氣泡在坍塌之前會比平時大得多。科學家們認為，也許氣泡會變得如此之大，以至於它們的坍塌會產生接近 1000 萬度的溫度——足以導致丙酮中的少量氘原子聚變成氦或氚（帶有兩個額外中子的氫）。

即使創造出少量聚變原子也是一件大事。聚變反應釋放大量能量，因此它們可用於照亮恆星和製造蘑菇雲。能量以 250 萬電子伏特 (MeV) 的中子、快速移動的質子以及熱氚和氦原子的形式釋放出來。當 Taleyarkhan 小組檢查樣品中的氚時，研究人員發現氚確實增加了——但僅在用聲音和中子同時轟擊的氘化丙酮中。在經過該過程的普通丙酮中，以及僅用中子或僅進行良好振盪的氘化丙酮中，氚水平沒有顯著變化。

他們還尋找在中子槍射擊消散且氣泡破裂後從燒瓶中逸出的中子。果然，他們的閃爍探測器在最強的聲致發光閃光後的幾微秒內開始以大約兩倍的速度閃爍。研究人員透過一套複雜的計算得出結論，他們觀察到在氣泡形成開始後不久，2.5 MeV 中子增加了百分之四。這當然不足以啟動鏈式反應（謝天謝地），甚至不足以產生與裝置消耗的能量一樣多的能量。但如果得到證實，這將是一種全新的產生聚變能的方法。

測試結果的競賽

毫不奇怪，世界各地的許多研究小組都在爭先恐後地親自嘗試這一點。但迄今為止唯一做出報告的小組對任何原子發生聚變的證據提出了幾項技術理由的質疑，儘管該小組確實承認正在發生一些奇怪的事情。去年五月，ORNL 的科學管理人員要求該小組的負責人 Dan Shapira 和 Mike Saltmarsh 核實 Taleyarkhan 小組的發現。

Shapira 和 Saltmarsh 引入了一種不同型別的中子探測器，其尺寸是第一個團隊使用的閃爍體探測器的 30 倍。（Taleyarkhan 在反駁中抱怨說，這是一個壞主意，因為它更有可能拾取背景輻射並使電子裝置過載。）新的探測器系統由中子或伽馬射線撞擊觸發，然後將其與撞擊前後 10 微秒內發生的任何聲致發光閃光相匹配。（但 Taleyarkhan 小組抱怨說，這會稀釋訊號，因為中子/伽馬射線撞擊比閃光更常見，他們的探測器的工作方式恰恰相反。）

Saltmarsh 和 Shapira 沒有檢查氚的觀測結果。“那些看起來處理得正確，”Shapira 說。他對氚水平的明顯增加無法提供解釋。所以這是一個謎。

Shapira 報告的第二個謎是，“在中子撞擊丙酮後，氣泡破裂時會出現光閃，然後會有一段靜默期，然後會出現數千次閃光——90% 的光——大約在一毫秒後發出。我不知道為什麼會這樣。”

Shapira 知道他會做哪些不同的事情來更清楚地回答這個問題。“首先，我不會使用中子來產生氣泡——我會使用雷射，甚至帶電粒子束，你可以真正控制的東西。你無法引導中子。” 他建議，最好不要將丙酮燒瓶放在鋼桌上，鋼桌會將中子反射回探測器。最後，他建議，使用更先進的探測器，使用硼或電離室。這將濾除伽馬射線，伽馬射線混淆了他和 Taleyarkhan 的測量結果。

由於利害攸關，而且如此多的聲譽岌岌可危，圍繞這一發現的爭論肯定會產生大量的聲音和熱量——但也可能產生一絲啟示。