Ciemna materia i jej najbardziej tajemniczy kandydat.
Aksjony od lat rozpalają wyobraźnię fizyków, ponieważ mogłyby w końcu wyjaśnić naturę ciemnej materii. Ta niewidzialna substancja odpowiada za około 85% masy wszechświata. Nie emituje, nie pochłania ani nie odbija światła, ujawniając się jedynie poprzez swoje oddziaływanie grawitacyjne, które np. utrzymuje galaktyki w całości. Bez niej nasze modele powstania i ewolucji kosmosu po prostu się nie spinają. Poszukiwania aksjonów przypominają nieco łapanie duchów. Naukowcy szukają ich w specjalnych detektorach ukrytych głęboko pod ziemią, obserwują Słońce, a nawet analizują sygnały z odległych gwiazd. Każda nowa, potencjalna „fabryka” tych cząstek to wielka nadzieja na przełom. I właśnie taką fabryką, według najnowszych badań, mogłyby się stać reaktory termojądrowe.
Badania opublikowane w Journal of High Energy Physics koncentrują się na reaktorach podobnych do budowanego we Francji ITER. Mowa o urządzeniach, w których zachodzi synteza deuteru i trytu, a wnętrze wyłożone jest litowymi płytami. Zespół profesora Jure Zupana wskazał dwa główne procesy, które w takim środowisku mogłyby prowadzić do powstania aksjonów. Pierwszy wiąże się z oddziaływaniem neutronów ze ścianami reaktora. Jak wyjaśnia sam Zupan, neutrony oddziałują z materiałem w ścianach. Powstałe reakcje jądrowe mogą następnie tworzyć nowe cząstki. Drugi mechanizm to tzw. promieniowanie hamowania. Kiedy neutrony odbijają się od innych cząstek i zwalniają, uwalniana energia teoretycznie może materializować się w postaci aksjonów lub cząstek do nich podobnych.
Dlaczego reaktor może być lepszy od Słońca?
Na pierwszy rzut oka pomysł wydaje się nieco zwariowany. Przecież Słońce to gigantyczny, naturalny reaktor fuzyjny o niewyobrażalnej mocy. Czemu więc nie szukać aksjonów tam? Problem, jak to często bywa, tkwi w szczegółach – a konkretnie w odległości. Cząstki wyprodukowane na Słońcu mają do przebycia 150 milionów kilometrów, zanim dotrą do naszych detektorów, co drastycznie zmniejsza szansę na ich uchwycenie. Reaktor laboratoryjny oferuje przewagę kontroli i bliskości. Możliwość wytwarzania aksjonów za pomocą innych procesów niż słoneczne i umieszczenie detektora tuż obok źródła to game changer. Autorzy pracy sugerują, iż nawet roczny cykl pomiarowy przy istniejących lub planowanych reaktorach mógłby dostarczyć kluczowych danych dotyczących oddziaływań hipotetycznych cząstek ciemnej materii z nukleonami. To potencjał, którego nie można ignorować, choć oczywiście od teorii do praktycznej detekcji droga jest daleka.
Cała historia ma wyjątkowo sympatyczny, popkulturowy wydźwięk. „Teoria wielkiego podrywu” zawsze lubowała się w autentycznych naukowych smaczkach. Równania dotyczące produkcji aksjonów gościły na serialowych tablicach jako easter eggi dla wtajemniczonych. Zupan podkreśla, że właśnie ten realizm sprawiał, że serial oglądało się dobrze. Ale odkrycie zespołu z Cincinnati to coś więcej niż tylko miła ciekawostka dla fanów. Jeśli reaktory fuzyjne typu ITER okażą się nie tylko obiecującym źródłem czystej energii, lecz również skutecznym narzędziem do produkcji aksjonów, otworzy to zupełnie nowy front w wyścigu o zrozumienie ciemnej materii. To ambitna wizja, w której jedna, niezwykle skomplikowana technologia służy dwóm fundamentalnym celom ludzkości: zapewnieniu energii i poznaniu najgłębszych tajemnic kosmosu.