Физики приблизились к одной из самых загадочных тем современной науки — поиску частиц, которые могут составлять тёмную материю. Новая теоретическая работа показывает, что редкие и почти неуловимые аксионы, возможно, можно получать не в космосе, а в условиях управляемого термоядерного синтеза. Такой подход открывает неожиданный мост между энергетикой будущего и фундаментальной физикой. Об этом сообщает "Наука Mail".
Аксионы — гипотетические частицы, которые в рамках современных теорий считаются одними из главных кандидатов на роль тёмной материи. Эта форма материи не взаимодействует со светом, поэтому её невозможно увидеть напрямую. О её существовании учёные судят по гравитационному влиянию на галактики и движение звёзд.
Понимание природы тёмной материи необходимо для объяснения того, как развивалась Вселенная после Большого взрыва около 14 миллиардов лет назад. Именно поэтому поиск аксионов тесно связан с тем, как исследователи сопоставляют наблюдения ранней Вселенной с моделями тёмной материи.
Исследование было выполнено учёными из Калифорнийского университета, Национальной лаборатории имени Ферми, Массачусетского технологического института и Техниона. Команда рассмотрела перспективный термоядерный реактор, работающий на смеси дейтерия и трития и оснащённый литиевой облицовкой стенок.
Ключевая идея заключается в том, что такой реактор создаёт чрезвычайно интенсивный поток нейтронов. Именно они, взаимодействуя с материалом стенок и замедляясь в процессе реакций, могут порождать частицы так называемого тёмного сектора. По расчётам авторов, среди них могут быть аксионы или близкие к ним по свойствам объекты.
Профессор Калифорнийского университета Юре Зупан, один из авторов работы, поясняет, что ранее вероятность обнаружения аксионов оценивалась по аналогии с процессами, происходящими на Солнце. Такой подход давал крайне низкие шансы на успех.
Однако в установках управляемого синтеза, по мнению учёных, могут работать иные физические механизмы. Интенсивные нейтронные реакции и особенности материалов открывают новые каналы рождения частиц, что перекликается с современными попытками объяснить происхождение редких частиц — например, в исследованиях, где нейтрино сверхвысоких энергий связывают с экстремальными астрофизическими объектами.
Любопытно, что похожая задача появлялась в сериале "Теория большого взрыва". Его герои пытались рассчитать вероятность рождения аксионов, но пришли к пессимистичному выводу. Авторы нового исследования подчёркивают, что в художественном сюжете рассматривался лишь один сценарий, тогда как реальная физика допускает более широкий спектр процессов.
Работа носит теоретический характер, но предлагает конкретный механизм, который может лечь в основу будущих экспериментов. Если расчёты подтвердятся, термоядерные реакторы смогут стать новым инструментом в поиске тёмной материи — редким случаем, когда прикладные технологии и космология сходятся в одной точке.
Таким образом, управляемый термоядерный синтез может оказаться полезным не только для энергетики, но и для ответа на один из главных вопросов о составе Вселенной.