В термоядерных реакторах ученые планируют искать темную материю через аксионы

Учёные из нескольких стран представили необычную теоретическую концепцию, согласно которой гипотетические частицы тёмной материи могут возникать не только в космосе, но и в промышленных термоядерных установках. Идея была разработана международной группой исследователей под руководством профессора Университета Цинциннати Юре Зупана при участии специалистов из Национальной лаборатории имени Ферми, Массачусетского технологического института и Израильского технологического института. Результаты работы опубликованы в журнале Journal of High Energy Physics.


Любопытно, что схожая научная дилемма уже появлялась в массовой культуре: в сериале «Теория большого взрыва» герои Шелдон Купер и Леонард Хофстедтер на протяжении нескольких серий пытались разобраться с аналогичной задачей, но так и не пришли к решению. Реальным физикам, в отличие от вымышленных персонажей, удалось предложить рабочую теоретическую модель.

Повышенный интерес к аксионам связан с тем, что именно эти частицы считаются одним из наиболее вероятных кандидатов на роль тёмной материи. Эта форма вещества не излучает свет и не взаимодействует с обычной материей привычным образом, однако оказывает заметное гравитационное влияние и, по современным оценкам, составляет значительную часть массы Вселенной. Несмотря на десятилетия поисков, её природа до сих пор остаётся нераскрытой.

В своей работе исследователи рассмотрели условия, возникающие в токамаках — термоядерных реакторах, работающих на дейтериево-тритиевой плазме с литиевой облицовкой внутренних стенок. В процессе синтеза в таких установках формируется интенсивный поток высокоэнергетических нейтронов, который, по мнению авторов, может стать источником редких экзотических частиц.

Теоретическая модель предполагает, что аксионы могут появляться двумя путями. Первый связан с ядерными взаимодействиями нейтронов с атомами лития в облицовке реактора, где в ходе столкновений могут рождаться частицы так называемого «тёмного сектора». Второй механизм основан на процессе торможения нейтронов в плазме, сопровождающемся испусканием фотонов, что также потенциально создаёт условия для генерации аксионов.

Юре Зупан отмечает, что отсылки к подобным расчётам можно заметить и в «Теории большого взрыва»: на досках в кадрах сериала появляются формулы, связанные с аксионами и их возможным образованием на Солнце. Хотя солнечный сценарий считается более мощным из-за колоссальной энергии звезды, термоядерные реакторы, по словам учёного, позволяют задействовать альтернативные физические процессы, недоступные в естественных астрофизических условиях.

Авторы исследования подчёркивают, что предложенный подход не требует создания принципиально новых установок. Теоретически поиск аксионов можно организовать на базе уже действующих или строящихся термоядерных реакторов, что делает идею особенно привлекательной для будущих экспериментов по раскрытию одной из главных тайн современной физики.

Читайте также: