Međunarodni tim fizičara uspio je riješiti teorijsku dilemu koja je ostala bez odgovora otkako su je likovi Sheldon Cooper i Leonard Hofstadter postavili u popularnoj seriji The Big Bang Theory: odrediti kako bi se misteriozni aksioni mogli proizvesti u stvarnim eksperimentalnim uvjetima. Otkriće, nedavno objavljeno u časopisu Journal of High Energy Physics, ne samo da zatvara krug između fikcije i znanosti, već otvara nova vrata razumijevanju tamne tvari, jedne od najvećih zagonetki svemira.
Aksioni: oklada fizike protiv tamne tvari
Tamna tvar čini 85% mase svemira, ali je nevidljiva za teleskope i ne može se promatrati niti reflektirati zračenje. Njeno postojanje naslućuje se putem gravitacijskih učinaka: ona drži galaksije na okupu, zakrivljuje svjetlost udaljenih objekata i ostavlja specifičan otisak u kozmičkom mikrovalnom pozadinskom zračenju.
Desetljećima znanstvenici pokušavaju identificirati česticu odgovornu za to, a među najčvršćim kandidatima su aksioni, ekstremno lake subatomske čestice bez električnog naboja. Problem, koji je u seriji The Big Bang Theory prikazan pločama punim jednadžbi i tužnim licem nacrtanim kredom, odražavao je stvarnu frustraciju fizike čestica: do danas aksioni nikada nisu izravno otkriveni.
Prema studiji koju je vodio Jure Zupan sa Sveučilišta u Cincinnatiju, ključ bi mogao biti u nuklearnim fuzijskim reaktorima. Za razliku od prethodnih pristupa koji su se oslanjali na astronomska promatranja ili detektore u dubokim rudnicima, ovaj prijedlog temelji se na korištenju eksperimentalnih reaktora sposobnih za generiranje aksiona na kontroliran i mjerljiv način.
Fuzijski reaktori i rješenje inspirirano fikcijom
Studija se temelji na posebnom tipu fuzijskog reaktora, pogonjenog deuterijem i tritijem, čije su stijenke obložene litijem. Ovaj dizajn, razvijen u sklopu međunarodnog projekta ITER, generira intenzivan tok neutrona. Istraživači tvrde da ti neutroni, u interakciji s materijalima reaktora, mogu pokrenuti nuklearne procese koji stvaraju egzotične čestice poput aksiona.
- Bremsstrahlung zračenje: Kada se neutroni sudaraju i gube energiju, emitiraju poseban oblik zračenja koji može proizvesti aksione.
- Sustavni pristup: Novost ovog prijedloga je u identificiranju specifičnih znakova proizvodnje aksiona u konkretnim energetskim kontekstima.
Zanimljivo je da je opća hipoteza već bila sugerirana u seriji The Big Bang Theory. U petoj sezoni, nekoliko epizoda referira se na jednadžbe koje opisuju kako bi aksioni mogli nastati u jezgri Sunca. „Međutim, moguće ih je proizvesti u reaktorima koristeći procese koji su drugačiji od onih u Suncu”, navodi Zupan, čiji rad ide korak dalje od televizijske fikcije.
Izazov otkrivanja aksiona i budućnost istraživanja
Proizvodnja aksiona u reaktoru bila bi ogroman korak naprijed, ali pravi izazov ostaje njihovo otkrivanje, jer ove čestice prolaze kroz materiju gotovo bez ikakve interakcije. Studija predlaže strategije poput korištenja jezgri deuterija, koje bi se mogle raspasti na proton i neutron u interakciji s aksionom. Otkrivanje tih nusproizvoda omogućilo bi znanstvenicima da zaključe prisutnost same čestice.
Iako studija ne znači definitivno otkriće aksiona, ona pruža jasan putokaz za njihovo traženje u kontroliranim uvjetima. Projekti poput ITER-a mogli bi se prilagoditi za uključivanje specijaliziranih detektora, pomažući u rješavanju misterija tamne tvari dok stvarna znanost konačno daje odgovor na problem rođen u svijetu televizijske mašte.
