Ένας καθηγητής από το Πανεπιστήμιο του Σινσινάτι και οι συνεργάτες του κατάφεραν κάτι που δύο από τους διασημότερους φανταστικούς φυσικούς της Αμερικής δεν μπόρεσαν: να υπολογίσουν θεωρητικά πώς μπορούν να παραχθούν υποατομικά σωματίδια που ονομάζονται αξιόνια (axions) σε αντιδραστήρες σύντηξης.
Οι χαρακτήρες Sheldon Cooper και Leonard Hofstadter από τη σειρά «The Big Bang Theory» προσπάθησαν να λύσουν το ίδιο πρόβλημα σε τρία επεισόδια της 5ης σεζόν, αλλά κατέληξαν σε αποτυχία. Τώρα, ο πραγματικός καθηγητής φυσικής Jure Zupan και η ομάδα του δημοσίευσαν τη λύση στο Journal of High Energy Physics.
Τι είναι τα αξιόνια και η σκοτεινή ύλη;
Τα αξιόνια είναι υποθετικά σωματίδια που οι φυσικοί υποψιάζονται ότι θα μπορούσαν να εξηγήσουν τη σκοτεινή ύλη.
Η σκοτεινή ύλη αποτελεί την πλειοψηφία της μάζας του σύμπαντος, αλλά δεν μπορεί να παρατηρηθεί άμεσα γιατί δεν απορροφά ούτε αντανακλά το φως. Οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι υπάρχει λόγω των βαρυτικών της επιδράσεων, οι οποίες επηρεάζουν την κίνηση των γαλαξιών και των άστρων.
Μία από τις κύριες πιθανότητες είναι η σκοτεινή ύλη να αποτελείται από πολύ ελαφριά σωματίδια, όπως τα αξιόνια.
Η «αποτυχία» των Sheldon και Leonard
Στη σειρά, οι πίνακες πίσω από τους πρωταγωνιστές έδειχναν εξισώσεις που προσπαθούσαν να εκτιμήσουν την πιθανότητα ανίχνευσης αξιονίων από έναν αντιδραστήρα σύντηξης σε σύγκριση με τον Ήλιο.
Κάτω από τους υπολογισμούς τους υπήρχε μια ζωγραφισμένη λυπημένη φατσούλα – το σύμβολο της επιστημονικής τους αποτυχίας.
Ο Sheldon και ο Leonard κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ο Ήλιος παράγει τόση ισχύ που οι πιθανότητες παραγωγής αξιονίων σε έναν μικρό αντιδραστήρα στη Γη ήταν απογοητευτικές. Ωστόσο, ο Zupan εξηγεί ότι οι φανταστικοί χαρακτήρες χρησιμοποίησαν τις ίδιες διαδικασίες που συμβαίνουν στον Ήλιο, ενώ η πραγματική λύση κρύβεται σε διαφορετικές μεθόδους.
Πώς λύθηκε το πρόβλημα στην πραγματικότητα
Η ομάδα του Zupan μελέτησε έναν αντιδραστήρα σύντηξης (όπως αυτόν που κατασκευάζεται στη Γαλλία με τη διεθνή συνεργασία ITER) και πρότεινε δύο τρόπους παραγωγής των σωματιδίων:
- Αλληλεπίδραση Νετρονίων: Τα νετρόνια που παράγονται από τη σύντηξη δευτερίου και τριτίου χτυπούν τα τοιχώματα του αντιδραστήρα (που είναι επενδυμένα με λίθιο), προκαλώντας πυρηνικές αντιδράσεις που δημιουργούν νέα σωματίδια.
- Ακτινοβολία Πέδησης (Bremsstrahlung): Τα νετρόνια συγκρούονται με άλλα σωματίδια και επιβραδύνονται, απελευθερώνοντας ενέργεια που μπορεί να πάρει τη μορφή αξιονίων.
Αυτή η ανακάλυψη μετατρέπει τους αντιδραστήρες σύντηξης όχι μόνο σε πηγές καθαρής ενέργειας, αλλά και σε εργαστήρια ανίχνευσης της σκοτεινής ύλης, ανοίγοντας τον δρόμο για την κατανόηση της δημιουργίας του σύμπαντος.
Περισσότερες πληροφορίες: Chaja Baruch et al, Αναζήτηση εξωτικών βαθμωτών τιμών σε αντιδραστήρες σύντηξης, Journal of High Energy Physics (2025). DOI: 10.1007/jhep10(2025)215
Παρέχεται από το Πανεπιστήμιο του Σινσινάτι