На международной арене науки появилась потенциально революционная новость: физик из Университета Цинциннати, Юре Зупан, вместе с командой коллабораторов предложил теоретический метод производства аксионов внутри термоядерных реакторов. Это открытие, изложенное в недавнем исследовании, опубликованном в журнале «Journal of High Energy Physics», может существенно продвинуть наше понимание тёмной материи, одной из величайших загадок Вселенной.
Аксионы – это гипотетические субатомные частицы, которые, по мнению учёных, могут объяснить природу тёмной материи. Она играет ключевую роль в формировании Вселенной на протяжении почти 14 миллиардов лет после Большого взрыва. Несмотря на то что тёмную материю никогда не удавалось обнаружить напрямую, физики уверены, что она составляет большую часть всей материи во Вселенной. Обычная материя, включая звёзды, планеты и нас самих, занимает лишь малую долю. Тёмной материя названа потому, что она не поглощает и не отражает свет. Её присутствие выводится исключительно по гравитационным эффектам – необычные движения галактик и звёзд в них указывают на значительные объёмы невидимой материи, оказывающей гравитационное воздействие. Одна из ведущих гипотез состоит в том, что тёмная материя состоит из чрезвычайно лёгких частиц, известных как аксионы.
Интересно, что эта научная головоломка была обыграна в популярном ситкоме «Теория Большого взрыва», где вымышленные физики Шелдон Купер и Леонард Хофстедтер в нескольких эпизодах пятого сезона безуспешно пытались решить ту же проблему. Однако реальные исследователи, включая соавторов Зупана из Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми, Массачусетского технологического института и Техниона – Израильского технологического института, теперь предлагают возможное решение.
В своём исследовании Зупан и его коллеги детально рассмотрели конструкцию термоядерного реактора, который использует топливо из дейтерия и трития внутри литиевого резервуара. Подобные реакторы разрабатываются в рамках международного сотрудничества на юге Франции. Такой реактор будет генерировать огромное количество нейтронов наряду с энергией. По мнению исследователей, эти нейтроны также могут привести к созданию частиц, связанных с «тёмным сектором». Нейтроны взаимодействуют с материалами в стенках, и возникающие в результате ядерные реакции могут порождать новые частицы. Ещё один возможный путь производства аксионов возникает, когда нейтроны сталкиваются с другими частицами и замедляются. Этот процесс высвобождает энергию в феномене, известном как тормозное излучение, или бремсштралунг.
Именно в этом моменте, по словам Зупана, вымышленные физики из сериала столкнулись с трудностями. В одном из эпизодов на доске Шелдона можно увидеть уравнение и диаграмму, которые, как объясняет Зупан, описывают, как аксионы образуются в Солнце. В более позднем эпизоде на другой доске появляется иное уравнение, под которым нарисовано грустное лицо – визуальный признак неудачи. Зупан пояснил, что уравнение сравнивало шансы обнаружения аксионов из термоядерного реактора с аксионами, приходящими от Солнца, и сравнение было не в пользу реакторов. «Солнце – это огромный объект, производящий колоссальную энергию. Шанс того, что новые частицы, образовавшиеся на Солнце, доберутся до Земли, выше, чем их производство в термоядерных реакторах, использующих те же процессы, что и на Солнце. Однако в реакторах их всё же можно производить, используя другой набор процессов», – подчеркнул учёный.
Хотя сериал никогда напрямую не упоминает аксионы и не объясняет уравнения на досках, эти детали служат своеобразными «пасхальными яйцами» для учёных. Эта серия известна тем, что вплетает в свои сюжеты такие концепции, как кот Шрёдингера и эффект Доплера, а также приглашает лауреатов Нобелевской премии и звёзд «Стар Трека». «Именно поэтому его так здорово смотреть учёным, – говорит Зупан. – В этих шутках много слоёв». Новое исследование показывает, что научное сообщество продолжает активно искать пути к разгадке самых фундаментальных вопросов о Вселенной, и иногда ключ к ним может скрываться в самых неожиданных местах – например, в недрах будущих термоядерных реакторов.
