Тёмную материю планируют искать в термоядерных реакторах

Международная группа физиков под руководством профессора Университета Цинциннати Юре Зупана предложила теоретический метод получения гипотетических частиц тёмной материи — аксионов — в промышленных термоядерных реакторах. Работа, в которой также участвовали учёные из Национальной лаборатории имени Ферми, MIT и Израильского технологического института, опубликована в журнале Journal of High Energy Physics.

Иронично, что аналогичную задачу в популярном сериале «Теория большого взрыва» не смогли решить вымышленные гении Шелдон Купер и Леонард Хофстедтер, посвятившие ей несколько эпизодов пятого сезона.

Почему аксионы так важны?

Интерес к аксионам и аксионоподобным частицам обусловлен их статусом одного из главных кандидатов на роль тёмной материи. Эта невидимая субстанция, проявляющая себя только гравитационным воздействием, составляет большую часть массы Вселенной, но её природа остаётся одной из главных загадок современной физики.

Как реактор может стать источником «тёмных» частиц?

Учёные рассматривают стандартный сценарий работы токамака с дейтериево-тритиевой плазмой и литиевой облицовкой стенок. В таких установках возникает колоссальный поток нейтронов высокой энергии.

Исследователи предлагают два возможных механизма рождения аксионов в этом потоке:

1. Взаимодействие нейтронов со стенками: При столкновении нейтронов с ядрами лития в облицовке могут происходить ядерные реакции, способные порождать частицы «тёмного сектора».

2. Тормозное излучение: Замедление нейтронов в плазме сопровождается испусканием фотонов (тормозным излучением, или bremsstrahlung). Этот процесс также может открыть канал для генерации экзотических частиц.

Связь с «Теорией большого взрыва» и солнечными аксионами

Как отмечает профессор Зупан, на досках в кадрах сериала можно заметить формулы, отсылающие к аксионам. В одном эпизоде изображена схема их генерации Солнцем, а в следующем — новые расчёты и грустный смайлик, символизирующий неудачу.

Зупан поясняет, что «солнечный» сценарий в целом выглядит предпочтительнее из-за гигантской мощности нашего светила. Однако в термоядерных реакторах можно задействовать иные, недоступные Солнцу механизмы, что и составляет суть нового предложения.

Хотя в сериале аксионы прямо не упоминаются, формулы служат пасхалкой для знающих физиков. Авторы статьи полагают, что их теоретический сценарий указывает на реальный путь поиска этих неуловимых частиц на уже существующей или строящейся инфраструктуре — термоядерных реакторах. ВЕТТА