Фізик з Університету Цинциннаті та міжнародна команда співробітників заявляють, що вони розробили теоретичний метод виробництва аксіонів у термоядерних реакторах. Це завдання, яке навіть два відомі вигадані фізики не змогли вирішити в телевізійному серіалі.
У ситкомі CBS «Теорія великого вибуху» персонажі Шелдон Купер і Леонард Хофстадтер боролися з цією ж ідеєю протягом трьох епізодів 5 сезону. Незважаючи на їхні зусилля, проблема залишилася невирішеною в серіалі.
Тепер професор фізики Університету Цинциннаті Юре Зупан та його співавтори з Національної лабораторії Фермі, Массачусетського технологічного інституту та Технічного інституту Ізраїлю повідомляють про можливе рішення. Їхні висновки опубліковані в новому дослідженні, опублікованому в журналі «Journal of High Energy Physics».
Чому аксіони важливі для дослідження темної матерії
Аксіони — це теоретичні субатомні частинки, які, на думку вчених, можуть допомогти пояснити темну матерію. Темна матерія викликає великий інтерес, оскільки вона відіграє важливу роль у формуванні Всесвіту після Великого вибуху майже 14 мільярдів років тому.
Хоча темна матерія ніколи не була виявлена безпосередньо, фізики вважають, що вона становить більшу частину матерії у Всесвіті. Звичайна матерія, включаючи зірки, планети та людей, становить лише невелику її частину. Темна матерія отримала свою назву, оскільки вона не поглинає і не відбиває світло.
Її наявність виявляється за допомогою гравітації. Незвичайні рухи галактик і зірок у них свідчать про те, що великі кількості невидимої матерії чинять гравітаційний вплив. Однією з провідних ідей є те, що темна матерія складається з надзвичайно легких частинок, відомих як аксіони.
Термоядерні реактори як джерело нових частинок
У своєму дослідженні Зупан і його колеги вивчили конструкцію термоядерного реактора, який використовує дейтерій і тритій як паливо всередині літієвого резервуара. Цей тип реактора розробляється в рамках міжнародної співпраці на півдні Франції.
Такий реактор генеруватиме величезну кількість нейтронів разом з енергією. На думку дослідників, ці нейтрони також можуть призвести до створення частинок, пов’язаних з темним сектором.
«Нейтрони взаємодіють з матеріалом у стінках. В результаті ядерних реакцій можуть утворюватися нові частинки», — сказав він.
Інший можливий шлях утворення відбувається, коли нейтрони зіштовхуються з іншими частинками і сповільнюються. Цей процес вивільняє енергію в явищі, відомому як гальмівне випромінювання, або «гальмівне випромінювання».
Завдяки цим механізмам реактор теоретично міг би виробляти аксіони або частинки, схожі на аксіони. Зупан зазначив, що саме в цьому вигадані фізики з телевізору не досягли успіху.
Пояснення великого вибуху в серіалі «Теорія великого вибуху»
Серіал «Теорія великого вибуху» виходив в ефір з 2007 по 2019 рік, виграв сім премій «Еммі» і, за даними Nielsen, залишається одним з найпопулярніших шоу на стрімінгових платформах.
«Загальна ідея нашої статті була обговорена в «Теорії великого вибуху» кілька років тому, але Шелдон і Леонард не змогли її реалізувати», — сказав Зупан.
В одному з епізодів на дошці зображено рівняння і діаграму, які, за словами Зупана, показують, як аксіони утворюються в Сонці. У пізнішому епізоді на іншій дошці з’являється інше рівняння. Під розрахунками, намальованими маркером іншого кольору, зображено чітке сумне обличчя — візуальний знак невдачі.
Зупан пояснив, що рівняння порівнює шанси виявлення аксіонів з термоядерного реактора з тими, що походять від Сонця — і порівняння не є обнадійливим.
«Сонце — це величезний об’єкт, що виробляє багато енергії. Шанс, що нові частинки, вироблені Сонцем, потраплять на Землю, більший, ніж шанс, що вони будуть вироблені в термоядерних реакторах за тими ж процесами, що і в Сонці. Однак їх все одно можна виробляти в реакторах за допомогою інших процесів», — сказав він.
У серіалі ніколи прямо не згадуються аксіони і не пояснюються дошки. Ці деталі слугують внутрішніми жартами для вчених, що відповідає серіалу, відомому тим, що вплітає в свої сюжети такі поняття, як кіт Шредінгера і ефект Доплера, а також з’являються лауреати Нобелівської премії і випускники «Зоряного шляху».
«Ось чому це так цікаво дивитися як вченому, — сказав Зупан. — Жарти мають багато рівнів».
