Sažetak: Teorijski tim predvođen Jureom Zupanom predložio je dve mehanike kojima fuzioni reaktori mogu proizvoditi aksione — hipotetičke čestice koje su kandidat za tamnu materiju. Prva mehanika uključuje interakcije neutrona sa litijumskom oblogom reaktora, a druga se oslanja na bremsstrahlung i sekundarne nabojene čestice. Autori procenjuju da bi fluks takvih čestica mogao biti detektabilan odmah izvan zidova reaktora, otvarajući nove mogućnosti za laboratorijska istraživanja tamne materije.
Fuzioni reaktori mogu stvarati aksione — mogući kandidat za tamnu materiju
Scientists Just Solved a Deep Physics Conundrumbymuratdeniz - Getty Images
Znate li onu scenu iz serije The Big Bang Theory u kojoj Sheldon i Leonard odustaju od objašnjenja kako se aksioni proizvode u reaktoru? Stvarna fizika je nastupila na scenu: teorijski tim predvođen Jureom Zupanom sa Univerziteta u Cincinnatiju, uz saradnike iz Fermi National Laboratory, MIT‑a i Techniona, pokazao je da fuzioni reaktori zaista mogu biti mesto gde se stvaraju hipotetičke čestice poznate kao aksioni.
Rad je objavljen u Journal of High Energy Physics i predlaže dve glavne mehanike proizvodnje aksona u reaktorima zasnovanim na deuterijumu i tricijumu (D–T):
Kako bi reaktor mogao da proizvodi aksione?
1) Interakcije neutrona sa litijumskom oblogom: U D–T fuzionim reaktorima intenzivan tok neutrona može udarati u materijal obloge (npr. litijum). Te nuklearne interakcije mogu pokrenuti egzotične prelaze i proizvesti aksione ili slične lagano interagujuće čestice.
2) Bremsstrahlung i sekundarni procesi: Brze naelektrisane čestice (npr. protoni ili elektroni) pri sudarima i naglom usporavanju emitiju bremsstrahlung ("kočionu" radijaciju). Takođe, neutronske sudare mogu generisati sekundarne nabijene čestice koje dalje emituju energiju. Ovi procesi mogu dovesti do stvaranja egzotičnih čestica poput aksona.
"Fuzioni reaktori će pružiti obećavajući novi put za istraživanje svetlih [egzotičnih čestica]. Ove čestice se mogu proizvesti u opni fuzionih reaktora putem egzotičnih nuklearnih prelaza pokrenutih intenzivnim tokom neutrona," rekao je Zupan u studiji.
Autori procenjuju da oba mehanizma mogu proizvesti detektabilan fluks egzotičnih čestica odmah izvan zidova reaktora, i to u okviru postojećih eksperimentalnih ograničenja. To znači da bi buduća merenja u blizini fuzionih postrojenja mogla da detektuju ili ograniče postojanje aksona.
Iako Sunce zbog svoje snage ima veće šanse da proizvodi tamnu materiju u većim količinama, otkriće da se slični procesi mogu odvijati i na Zemlji otvara nove mogućnosti za laboratorijska ispitivanja. Ako se eksperimentalno potvrdi, ovo bi bio važan korak u rasvetljavanju prirode tamne materije — i možda prilika za naučnike da uzviknu "Bazinga!" na drugačiji način.
Šta to znači za Srbiju i širu naučnu zajednicu? Iako Srbija trenutno nema operativne D–T fuzione reaktore, rezultati su važni za međunarodne eksperimente i timove koji rade na budućim fuzionim instalacijama. Predložen pristup proširuje opseg eksperimenata koji mogu tražiti kanditate za tamnu materiju u stvarnim inženjerskim uslovima.
Pomozite nam da budemo bolji.
