Шелдон Купер не смог, а физики из Цинциннати — да. Как в термоядерных реакторах планируют искать темную материю.

Профессор физики Университета Цинциннати Юре Зупан и его коллеги предложили теоретический способ получать в термоядерных установках гипотетические субатомные частицы - аксионы или аксионоподобные частицы. По словам авторов, эту задачу в свое время не смогли довести до рабочего решения два вымышленных физика из сериала «Теория большого взрыва» - Шелдон Купер и Леонард Хофстедтер, которые несколько эпизодов пятого сезона пытались «расколоть» похожую идею.

Работа Зупана и соавторов из Fermi National Laboratory, MIT и Technion (Израильский технологический институт) опубликована в Journal of High Energy Physics. Интерес к аксионам связан с тем, что они рассматриваются как один из кандидатов на роль темной материи - компонента Вселенной, который напрямую не наблюдается, но проявляет себя гравитационно, влияя на движение галактик и звезд.

Авторы разбирают сценарий для термоядерного реактора на дейтерии и тритии, где внутренняя поверхность камеры «поддержана» материалом на основе лития. В таких установках возникает мощный поток нейтронов, и именно он, по расчетам исследователей, может запускать процессы, ведущие к рождению «частиц темного сектора».

Первый механизм - взаимодействие нейтронов с материалом стенок. В результате ядерных реакций, которые происходят в облицовке, потенциально могут появляться новые частицы. Второй механизм связан с тем, как нейтроны, сталкиваясь с другими частицами, теряют энергию. Это торможение сопровождается излучением, которое в физике называют bremsstrahlung, или «тормозным излучением» - и в этой цепочке тоже может возникать канал рождения экзотических частиц.

Как отмечает Зупан, в “Теории большого взрыва” на досках в кадре можно заметить формулы, отсылающие к аксионам. В одном из эпизодов на белой доске появляется уравнение и схема, которые он интерпретирует как описание генерации аксионов Солнцем. В следующем эпизоде в кадре видны новые расчеты, а под ними другим маркером нарисован грустный смайлик - символ того, что попытка не дала обнадеживающего результата.

Зупан объясняет, что «солнечный» сценарий в целом заведомо выглядит выигрышнее: Солнце - колоссальный источник энергии, поэтому вероятность рождения новых частиц, которые долетят до Земли, оказывается выше, чем в термоядерных установках, если использовать те же процессы. Однако, по его словам, в реакторах можно задействовать другой набор механизмов, и именно на этом строится предложенный в статье подход.

В самих эпизодах аксионы напрямую не обсуждаются: формулы на досках служат пасхалкой для тех, кто узнает физический контекст. Авторы новой статьи считают, что предложенный ими сценарий дает один из путей, как такие частицы в принципе можно было бы получать и искать на базе термоядерных установок.