Zimna fuzja (tekst jest streszczeniem filmu popularnonaukowego z kanału minutephysics na youtube)

Fuzja, czyli łączenie się lżejszych pierwiastków w cięższe, dokonuje się stale w gwiazdach. Proces ten wyzwala ogromne ilości energii, która zasila gwiazdę.
W Słońcu nieustannie jądra wodoru łączą się ze sobą, tworząc jądra helu. Ten proces wymaga bardzo wysokiej temperatury, jaka panuje wewnątrz Słońca
tj. około 15 000 000 oC. By doszło do fuzji, jądra atomów muszą zbliżyć się na tyle, by silne przyciągające oddziaływanie jądrowe pokonało odpychanie
elektryczne protonów. Niemniej do tego procesu może dochodzić też w temperaturze pokojowej. W cząsteczce H2 znajdują się dwa atomy wodoru związane ze sobą.
Atomy w takiej cząsteczce są w niewielkiej odległości od siebie i dzielą się swoimi elektronami. Atomy nie spoczywają w miejscu i stale drgają.
Czasami bardzo, bardzo rzadko mogą znaleźć się na tyle blisko, że dochodzi do ich połączenia w atom helu. Niemniej prawdopodobieństwo takiego
zjawiska jest niezwykle niskie. Sytuacja zmienia się, jeśli elektrony w atomie wodoru zastąpimy ich cięższymi braćmi, mionami, których masa jest
około 200 razy większa od elektronu. Miony mają taki sam ładunek elektryczny jak elektrony, ale przez to, że są cięższe, znajdują się w atomie wodoru bliżej protonu
niż elektron o tej samej energii. To sprawia, że takie mionowe atomy wodoru połączone w cząsteczkę znajdują się około 200 razy bliżej siebie.
I co ciekawe w takich warunkach w temperaturze pokojowej, znacznie częściej dochodzi do fuzji. Fizycy przewidzieli to zjawisko w 1947 roku, a w roku 1956 potwierdzono
je doświadczalnie. Zatem skoro fuzja może zachodzić w temperaturze pokojowej, to dlaczego nie jest wykorzystywana do wytwarzania potrzebnej nam energii?
Po pierwsze czas życia mionu jest bardzo krótki, trwa około 2 mikrosekundy. To nie stanowi dużego problemu dla procesu fuzji, ale oznacza, że nie ma łatwo dostępnych
mionów w naszym otoczeniu i trzeba je wytworzyć za pomocą akceleratorów. Na wytworzenie jednego miona potrzeba energii około 5Gev (giga elektronowoltów). 5GeV to jest około 0,0000000008 Juli a 1 Jul to 0,24 kalorii, ale w skali atomowej to jest duża energia. Dla porównania maksymalna energia zderzających się protonów w Wielkim Zderzaczu Hadronów w Szwajcarii, była przewidziana na 7 TeV (tera elektronowoltów).
Proces wygląda tak, że mion dołącza się do jądra wodoru, dochodzi do fuzji i leci dalej zainicjować kolejny proces, aż utknie wokół jakiegoś jądra helu.
Ten jeden mion może zainicjować fuzję jądrową około 150 atomów, co wytworzy mniej więcej 2,7GeV energii. Zatem taka fuzja nie może wytwarzać energii – kosztuje więcej,
niż z niej można uzyskać.  Można starać się wytwarzać bardziej efektywnie miony lub znaleźć sposób by jeden mion był w stanie zainicjować więcej reakcji fuzji.
Niemniej to wyzwanie jest bardzo trudne i od 70 lat, od kiedy ten proces jest znany, nie dokonano znacznego postępu.