Настоящие физики, возможно, наконец-то решили аксионную загадку, которую не смогли разгадать даже Шелдон и Леонард.
Физики рассказали, как термоядерные реакторы теоретически могут производить аксионы, таинственные частицы, которые могут помочь объяснить темную материю. Этот прорыв решает проблему, о которой когда-то шутили в Теории Большого взрыва, когда математические расчеты закончились неудачей. Автор: Shutterstock
Физики из Университета Цинциннати и международная команда сотрудников говорят, что они разработали теоретический метод получения аксионов внутри термоядерных реакторов. Это задача, которую даже два хорошо известных вымышленных физика не смогли решить на телевидении.
В ситкоме CBS «Теория большого взрыва» герои Шелдон Купер и Леонард Хофштадтер боролись с одной и той же идеей на протяжении трех серий пятого сезона. Несмотря на их усилия, проблема так и осталась нерешенной.
Теперь профессор физики Калифорнийского университета Юре Зупан и его соавторы из Национальной лаборатории Ферми, Массачусетского технологического института и Израильского технологического института Технион сообщают о возможном решении. Их результаты представлены в новом исследовании, опубликованном в журнале Journal of High Energy Physics.
Почему аксионы важны для исследований темной материи
Аксионы — это теоретические субатомные частицы, которые, по мнению ученых, могут помочь объяснить темную материю. Темная материя представляет большой интерес, поскольку она играет важную роль в формировании Вселенной после Большого взрыва, произошедшего почти 14 миллиардов лет назад.
Хотя темная материя никогда не была обнаружена непосредственно, физики полагают, что она составляет большую часть вещества во Вселенной. Обычная материя, включая звезды, планеты и людей, составляет лишь малую часть. Темная материя получила свое название потому, что она не поглощает и не отражает свет.
О ее присутствии можно судить по силе тяжести. Необычные движения галактик и звезд внутри них позволяют предположить, что большое количество невидимой материи оказывает гравитационное воздействие. Одна из ведущих идей заключается в том, что темная материя состоит из чрезвычайно легких частиц, известных как аксионы.
Термоядерные реакторы как источник новых частиц
В своем исследовании Зупан и его коллеги рассмотрели конструкцию термоядерного реактора, в котором используется дейтериевое и тритиевое топливо внутри корпуса, облицованного литием. Этот тип реактора разрабатывается в рамках международного сотрудничества на юге Франции.
Такой реактор будет генерировать огромное количество нейтронов вместе с энергией. По мнению исследователей, эти нейтроны также могут привести к образованию частиц, связанных с темным сектором.
«Нейтроны взаимодействуют с материалом стенок. В результате ядерных реакций могут образоваться новые частицы», — сказал он.
Другой возможный путь получения нейтронов возникает, когда они сталкиваются с другими частицами и замедляются. Этот процесс высвобождает энергию в результате явления, известного как тормозное излучение.
Благодаря этим механизмам реактор теоретически может производить аксионы или частицы, подобные аксионоподобным. Зупан отметил, что именно в этом не преуспели вымышленные физики на телевидении.
Пасхальное яйцо Теории Большого взрыва объясняет
По словам Нильсена, «Теория большого взрыва» выходила в эфир с 2007 по 2019 год, получила семь премий «Эмми» и остается одним из самых популярных шоу на стриминговых платформах.
«Общая идея нашей статьи обсуждалась в «Теории большого взрыва» много лет назад, но Шелдон и Леонард не смогли воплотить ее в жизнь», — сказал Зупан.
В одном из эпизодов на белой доске отображается уравнение и диаграмма, которые, по словам Зупана, показывают, как образуются аксионы на солнце. В более позднем эпизоде на другой доске появляется другое уравнение. Под расчетами, обведенными маркером другого цвета, отчетливо видна грустная рожица — визуальный признак неудачи.
Зупан объяснил, что в уравнении сравниваются шансы обнаружить аксионы из термоядерного реактора и аксионы, исходящие от Солнца, и сравнение не внушает оптимизма.
«Солнце — это огромный объект, вырабатывающий много энергии. Вероятность того, что на Солнце будут получены новые частицы, которые попадут на Землю, выше, чем если бы они были получены в термоядерных реакторах с использованием тех же процессов, что и на Солнце. Тем не менее, их все еще можно производить в реакторах, используя другой набор процессов», — сказал он.
В шоу явно не упоминаются аксионы и не объясняются белые доски. Эти детали служат шутками для ученых, которые вписывают в сюжеты сериала, известного тем, что в нем используются такие понятия, как кот Шредингера и эффект Доплера, а также выступления лауреатов Нобелевской премии и выпускников «Звездного пути».
«Вот почему так интересно наблюдать за происходящим со стороны ученого», — сказал Зупан. «В шутках много разных аспектов».