声波聚变

著名期刊科学杂志的编辑唐纳德·肯尼迪知道，如果他发表这篇论文，将会引发一场争论。这并不是因为这项工作粗制滥造或凭空捏造。相反，这些实验是由橡树岭国家实验室 (ORNL)、伦斯勒理工学院 (RPI) 和俄罗斯科学院备受尊敬的资深科学家们非常谨慎地进行的。

但作者们所声称的事情实在太非同寻常了：核聚变反应，即为恒星和氢弹提供能量的那种反应，已经在实验室的工作台上被创造出来，使用的仅仅是一个振动环、一个中子枪和一个装有特殊制备丙酮的烧杯。此外，《华盛顿邮报》报道称，至少有三位审稿专家曾敦促科学杂志拒绝发表这篇文章。最后，还有橡树岭另一个团队进行的后续研究（尚未经过同行评审），该研究声称，当他们使用不同的传感器重复实验并以不同的方式分析数据时，核聚变反应的证据消失了。

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“毫无疑问，我们不能保证每项结果都是正确的就发表论文，”肯尼迪在 2002 年 3 月 8 日出版的科学杂志上发表的社论中谨慎地写道。“我们非常确定的是，即使——或许尤其是——存在争议时，发表也是正确的选择。”

历史重演？

这项实验如此类似于 1989 年的“冷聚变”惨败，注定会引发争议。当时，犹他大学的斯坦利·庞斯和马丁·弗莱施曼声称他们发现了室温反应；这一宣布成为头条新闻，但很快就被证伪。然而，两者之间存在重要的差异。在目前的情况下，相信自己找到了一条新的聚变途径的科学家们提出了一种合理的机制，解释了聚变可能发生的原理。而且，他们还发现了两个真正奇怪的异常现象，传统物理学无法轻易解释。

正如 ORNL 的 Rusi Peri Taleyarkhan、RPI 的 Richard T. Lahey 及其合作研究者所描述的那样，这种现象发生在他们研究声致发光——由声音产生的光——时。德国科学家在 20 世纪 30 年代首次观察到声致发光现象，当时他们将声纳扬声器浸入水浴中。但直到过去十年，科学家们才弄清了许多细节。

我们称之为声音的东西实际上是一系列移动的压力波前。随着声波扫过，固定点的压力从低到高再到低摆动。如果声音足够大，频率合适，则波谷处的压力会非常低，以至于液体会沸腾，产生微小的气泡。当声波波峰处的高压波前猛烈撞击这些气泡时，它们会内爆，冲击波会将内爆能量聚焦到原子尺寸的中心区域。该中心点的温度会飙升至 10,000 摄氏度以上，压力会飙升至 10,000 个大气压，并且会发出持续几皮秒的光闪。气泡越大，内爆能量就越大，声致发光闪光就越热越亮。

罐中之星

标准声致发光实验使用水。Taleyarkhan 的小组使用了有机化学物质丙酮，一种常见的指甲油去除剂成分，因为它富含吸收中子的碳和氢原子。然后，研究人员通过两种方式在丙酮中加载了额外的中子。首先，他们使用了由氘制成的丙酮，氘是带有一个额外中子的氢。其次，他们将丙酮烧瓶放在中子辐射源旁边，其中一种情况是钚铍块，另一种情况是脉冲中子枪。

他们的希望是，射入丙酮的中子会与碳和氢原子核碰撞，这将产生扰动，从而“播种”声波产生的气泡。会同时形成比正常情况下更多的气泡，并且平均而言，气泡在坍塌之前会比平时大得多。科学家们认为，也许气泡会变得如此之大，以至于它们的坍塌会产生接近 1000 万度的温度——足以导致丙酮中的少量氘原子聚变成氦或氚（带有两个额外中子的氢）。

即使创造出少量聚变原子也是一件大事。聚变反应释放大量能量，因此它们可用于照亮恒星和制造蘑菇云。能量以 250 万电子伏特 (MeV) 的中子、快速移动的质子以及热氚和氦原子的形式释放出来。当 Taleyarkhan 小组检查样品中的氚时，研究人员发现氚确实增加了——但仅在用声音和中子同时轰击的氘化丙酮中。在经过该过程的普通丙酮中，以及仅用中子或仅进行良好振荡的氘化丙酮中，氚水平没有显着变化。

他们还寻找在中子枪射击消散且气泡破裂后从烧瓶中逸出的中子。果然，他们的闪烁探测器在最强的声致发光闪光后的几微秒内开始以大约两倍的速度闪烁。研究人员通过一套复杂的计算得出结论，他们观察到在气泡形成开始后不久，2.5 MeV 中子增加了百分之四。这当然不足以启动链式反应（谢天谢地），甚至不足以产生与设备消耗的能量一样多的能量。但如果得到证实，这将是一种全新的产生聚变能的方法。

测试结果的竞赛

毫不奇怪，世界各地的许多研究小组都在争先恐后地亲自尝试这一点。但迄今为止唯一做出报告的小组对任何原子发生聚变的证据提出了几项技术理由的质疑，尽管该小组确实承认正在发生一些奇怪的事情。去年五月，ORNL 的科学管理人员要求该小组的负责人 Dan Shapira 和 Mike Saltmarsh 核实 Taleyarkhan 小组的发现。

Shapira 和 Saltmarsh 引入了一种不同类型的中子探测器，其尺寸是第一个团队使用的闪烁体探测器的 30 倍。（Taleyarkhan 在反驳中抱怨说，这是一个坏主意，因为它更有可能拾取背景辐射并使电子设备过载。）新的探测器系统由中子或伽马射线撞击触发，然后将其与撞击前后 10 微秒内发生的任何声致发光闪光相匹配。（但 Taleyarkhan 小组抱怨说，这会稀释信号，因为中子/伽马射线撞击比闪光更常见，他们的探测器的工作方式恰恰相反。）

Saltmarsh 和 Shapira 没有检查氚的观测结果。“那些看起来处理得正确，”Shapira 说。他对氚水平的明显增加无法提供解释。所以这是一个谜。

Shapira 报告的第二个谜是，“在中子撞击丙酮后，气泡破裂时会出现光闪，然后会有一段静默期，然后会出现数千次闪光——90% 的光——大约在一毫秒后发出。我不知道为什么会这样。”

Shapira 知道他会做哪些不同的事情来更清楚地回答这个问题。“首先，我不会使用中子来产生气泡——我会使用激光，甚至带电粒子束，你可以真正控制的东西。你无法引导中子。” 他建议，最好不要将丙酮烧瓶放在钢桌上，钢桌会将中子反射回探测器。最后，他建议，使用更先进的探测器，使用硼或电离室。这将滤除伽马射线，伽马射线混淆了他和 Taleyarkhan 的测量结果。

由于利害攸关，而且如此多的声誉岌岌可危，围绕这一发现的争论肯定会产生大量的声音和热量——但也可能产生一丝启示。