Аксионы по сценарию: как шутка из сериала привела к открытию в физике частиц

Иногда грань между научной фантастикой и наукой оказывается тоньше, чем мы думаем. Знаменитый сериал «Теория большого взрыва», семь лет назад завершивший свой многолетний успешный показ, прославился не только юмором, но и вниманием к научному антуражу. Формулы на досках в квартире Шелдона и Леонарда были не просто бессмысленными загогулинами — за ними часто скрывались реальные физические концепции.

И вот теперь, спустя годы после того, как вымышленные физики в отчаянии нарисовали грустный смайлик под своими расчетами, группа настоящих ученых из Калифорнийского университета и других ведущих мировых институтов заявила, что нашла ключ к решению проблемы, над которой бились экранные герои. Речь идет о загадочных аксионах — гипотетических частицах, считающихся одними из главных кандидатов на роль темной материи, таинственной субстанции, из которой состоит большая часть массы Вселенной.

Согласно новому исследованию, опубликованному в Journal of High Energy Physics, термоядерные реакторы, такие как строящийся международный проект ITER на юге Франции, могут стать не только источником чистой энергии, но и уникальными фабриками для производства этих неуловимых частиц.

Ведущий автор работы, профессор Юре Зупан, с иронией отмечает, что общая идея использования реактора для поиска новых частиц действительно обсуждалась в пятом сезоне сериала, но Шелдон Купер и Леонард Хофстадтер пошли по неверному пути в своих теоретических изысканиях. Они пытались применить к реактору процессы, аналогичные солнечным, и получили обескураживающе низкую вероятность обнаружения аксионов, что и выразилось в знаменитом грустном смайлике на доске.

Реальный научный прорыв заключается в ином подходе. Как объясняют физики, в термоядерном реакторе, работающем на смеси дейтерия и трития, будет генерироваться колоссальный поток нейтронов. Эти нейтроны, взаимодействуя с материалом стенок реактора (например, литиевой облицовкой), могут порождать новые частицы двумя путями: через ядерные реакции или через процесс тормозного излучения (bremsstrahlung), когда нейтрон, замедляясь, высвобождает энергию.

Общая идея, изложенная в нашей статье, обсуждалась в сериале «Теория большого взрыва» много лет назад, но Шелдон и Леонард не смогли воплотить её в жизнь.

Юре Зупан, физик из Калифорнийского университета.

Именно эти механизмы, отличные от солнечных, и открывают реальную перспективу для рождения в реакторе аксионов или аксионоподобных частиц. Таким образом, будущие термоядерные станции могут выполнять двойную функцию: снабжать человечество энергией и одновременно служить детекторами, проливающими свет на фундаментальные тайны мироздания.

Ирония ситуации, подчеркиваемая учеными, добавляет этой истории особый шарм. Популярный ситком, который многие зрители воспринимали просто как забавную комедию о чудаковатых ученых, на самом деле содержал в себе научные шутки, понятные узкому кругу специалистов. А теперь одна из таких «шуток» — нерешенная задача с белой доски — получила серьезное развитие в рецензируемом научном журнале.

Это прекрасный пример того, как поп-культура и большая наука могут неожиданно пересекаться, а упорство в поиске ответов на вопросы о природе темной материи и эволюции Вселенной после Большого взрыва объединяет как вымышленных, так и реальных физиков, движимых одним и тем же желанием — разгадать величайшие загадки мироздания.