Физики из Университета Цинциннати и их международные коллеги представили теоретический метод, который может позволить производить загадочные частицы, называемые аксионами, внутри экспериментальных термоядерных реакторов. Интересно, что эта же научная головоломка несколько лет назад ставила в тупик вымышленных гениев из популярного сериала "Теория Большого взрыва". Персонажи Шелдон Купер и Леонард Хофстедтер безуспешно пытались решить её в нескольких эпизодах, оставив на доске расчётов грустный смайлик.
Аксионы — это гипотетические субатомные частицы, которые, по мнению учёных, могут составлять тёмную материю. Тёмная материя — одна из главных загадок современной физики: она не поглощает и не отражает свет, поэтому её невозможно увидеть напрямую, но её гравитационное влияние очевидно в движении галактик. Считается, что именно тёмная материя составляет большую часть массы Вселенной, в то время как привычные нам звёзды, планеты и люди — лишь малая её доля. Аксионы относятся к гипотетическому набору частиц и полей, известному как "тёмный сектор". Эти частицы слабо или вообще не взаимодействуют с известными частицами Стандартной модели, за исключением гравитации. Помимо аксионов, предложенных для решения проблемы сильного CP-нарушения, тёмный сектор может включать, например, слабовзаимодействующие массивные частицы (WIMPs), стерильные нейтрино или тёмные фотоны.
В своём исследовании, опубликованном в Journal of High Energy Physics, команда под руководством профессора Юре Зупана рассмотрела конкретный дизайн реактора, использующего дейтериево-тритиевое топливо в сосуде с литиевой облицовкой. Такой реактор, подобный строящемуся во Франции проекту ITER, будет производить огромное количество нейтронов. Учёные предполагают, что эти нейтроны, сталкиваясь с материалом стенок реактора или замедляясь, могут порождать новые частицы, относящиеся к "тёмному сектору" физики, включая аксионы.
Профессор Зупан отмечает, что, хотя Солнце как гигантский природный реактор производит аксионов неизмеримо больше, чем любой рукотворный прибор, у земных установок есть своё преимущество. В них можно изучать иные, отличные от солнечных, процессы генерации этих частиц. Это даёт надежду на то, что именно в контролируемых условиях экспериментального реактора можно будет впервые зарегистрировать сигнал от аксионов. Помимо Солнца, учёные рассматривают и другие природные источники аксионов и тёмной материи, такие как нейтронные звёзды и белые карлики с их экстремальными условиями, галактические гало, массивные скопления галактик, а также процессы, происходившие в ранней Вселенной.
Связь с культовым сериалом — не просто забавное совпадение. В одном из эпизодов "Теории Большого взрыва" на доске действительно были изображены уравнения, описывающие производство аксионов на Солнце и сравнение их с возможным выходом из реактора. Неудача телевизионных учёных наглядно отражала реальную сложность задачи: шансы обнаружить частицы от реактора по тем же механизмам, что и от Солнца, были ничтожно малы. Однако новое исследование предлагает альтернативные пути.
Таким образом, жизнь снова имитирует искусство, но с надеждой на успешный финал. Работа Зупана и его коллег не только предлагает новый фронт в поисках тёмной материи, но и служит прекрасным примером того, как поп-культура может вдохновлять на решение реальных научных проблем, а сложные теории находят отражение в массовых развлечениях в виде скрытых шуток для посвящённых.
Источник: Fusion reactors may create dark matter particles