Reactoarele de fuziune ar putea crea particule de materie întunecată

Reactoarele concepute pentru a produce energie prin fuziunea atomilor ar putea avea un beneficiu științific neașteptat: ar putea crea particule de materie întunecată.

Reactoarele de fuziune ar putea crea particule de materie întunecată. O echipă internațională de cercetători a arătat că particule cu masă foarte mică din așa-numitul „sector întunecat”, precum ipoteticul axion, ar putea fi generate în instalații de fuziune, nu ca produse secundare directe ale fuziunii, ci prin interacțiuni dintre neutronii de mare energie și pereții reactorului.

• Neuroștiință și comportament social: De ce unii oameni par că nu simt niciodată jenă?
• Știința somnului: de ce dormim prost și ce putem face altfel

Propunerea acestor oameni de știință transformă o idee considerată cândva imposibilă într-o cale teoretică realistă și într-un pas promițător către viitoare experimente. Materia întunecată rămâne una dintre cele mai mari enigme ale cosmologiei, fiind o soluție teoretică la un paradox observat.

Pe scurt, cantitatea de materie obișnuită din Univers este mult prea mică pentru a explica gravitația pe care o observăm. Ceva încă neidentificat leagă gravitațional Universul într-o rețea vastă, fără a emite sau absorbi lumină detectabilă și fără a interacționa semnificativ cu altceva în afară de gravitație.

Ce este materia întunecată?

Acest „ceva” este numit materie întunecată. Calculele arată că materia obișnuită reprezintă doar aproximativ 16% din materia totală a Universului, restul de 84% fiind materie întunecată.

Există numeroși candidați teoretici pentru identitatea sa, de la găuri negre microscopice la particule masive care interacționează slab și până la particule ultraușoare, inclusiv axionii, considerați printre cei mai promițători.

Ideea că axionii sau particulele asemănătoare axionilor pot apărea în urma fuziunii stelare nu este nouă, fiind propuse mai multe mecanisme. În mod logic, ar putea apărea și într-un reactor de fuziune, scrie ScienceAlert.

Problema majoră este însă că numărul de axioni produși într-o stea este mult prea mic pentru a putea fi detectat, și ar fi și mai mic într-un reactor de pe Pământ.

„După finalizarea acestui studiu, am realizat că o idee similară privind producerea axionilor în instalații de fuziune a fost discutată în episoadele de la 1 la 3 din sezonul al cincilea al sitcomului The Big Bang Theory. Sheldon Cooper și Leonard Hofstadter au luat în considerare producerea axionilor în plasmă, ceea ce, din păcate, nu duce la un flux suficient de mare de axioni”, scrie echipa condusă de fizicianul Jure Zupan, de la Universitatea din Cincinnati (SUA).

Cum putea produce pe Pământ particule de materie întunecată?

În loc să se concentreze pe plasmă, Zupan și colegii săi au analizat o altă posibilitate: absorbția fluxului uriaș de neutroni de mare energie de către litiul din așa-numita „pătură de reproducere” a unui reactor de fuziune deuteriu-tritiu.

Această pătură este un strat gros de material bogat în litiu, care înconjoară vasul de vid al reactorului. Neutronii produși de plasmă lovesc acest strat, transformându-și energia cinetică în căldură, dar sunt și capturați de nucleele de litiu, care se descompun în heliu și tritiu. Tritiul este apoi reutilizat drept combustibil.

Cercetătorii au arătat că aceste interacțiuni pot produce și alte particule. Analiza matematică indică faptul că axionii sau particulele asemănătoare axionilor pot apărea atât în procesele de captură a neutronilor, cât și prin eliberarea de energie atunci când un neutron încetinește după ciocniri, un fenomen cunoscut drept „neutron bremsstrahlung”.

Fluxul teoretic rezultat este mult mai mare decât cel provenit direct din fuziune și ar putea ajunge chiar la niveluri detectabile în afara pereților reactorului. Studiul oferă astfel o nouă perspectivă asupra căutării materiei întunecate.

„Soarele este un obiect uriaș care produce o cantitate enormă de energie. Probabilitatea ca particule noi să fie produse în Soare și să ajungă până la Pământ este mai mare decât în reactoarele de fuziune dacă folosim aceleași procese ca în Soare. Totuși, ele pot fi produse în reactoare printr-un set diferit de procese”, spune Zupan.

Cercetarea a fost publicată în Journal of High Energy Physics.

Vă recomandăm să citiți și:

Un astronom explică de ce crede că prima întâlnire cu extratereștrii nu va fi ca în filme

Ce a descoperit Telescopul Spațial James Webb pe un super-Pământ topit?

Astronomii au observat cum o stea neutronică adormită „s-a trezit la viață”

Telescopul Webb a găsit o exoplanetă cu o compoziție inexplicabilă