Οι επιστημονικές εξελίξεις συχνά ξεπερνούν τη φαντασία των σεναριογράφων, αλλά σπάνια έρχονται να διορθώσουν τις μαθηματικές παραδοχές μιας δημοφιλούς τηλεοπτικής σειράς. Μία νέα έρευνα που δημοσιεύθηκε από το Πανεπιστήμιο του Σινσινάτι (UC) ανατρέπει τα δεδομένα στη φυσική υψηλών ενεργειών, υποστηρίζοντας ότι οι αντιδραστήρες πυρηνικής σύντηξης μπορεί να μην είναι απλώς το μέλλον της καθαρής ενέργειας αλλά και το κλειδί για την κατανόηση της μυστηριώδους Σκοτεινής Ύλης.
Σύμφωνα με τη μελέτη, που διενεργήθηκε από μια διεθνή ομάδα ερευνητών, οι μελλοντικοί αντιδραστήρες θα μπορούσαν να παράγουν αξιόνια (axions), υποθετικά σωματίδια που θεωρούνται σημαντικοί υποψήφιοι για τη Σκοτεινή Ύλη. Η θεωρητική αυτή πρόταση έχει τη δική της γοητεία καθώς συνδέεται με την επιτυχημένη σειρά The Big Bang Theory, όπου οι πρωταγωνιστές δεν κατάφεραν να βρουν τη λύση στο πρόβλημα αυτό.
Η επιστήμη πίσω από το σενάριο
Ο καθηγητής φυσικής του UC, Jure Zupan, σε συνεργασία με επιστήμονες από το Fermilab, το MIT και το Τεχνολογικό Ινστιτούτο Technion του Ισραήλ, παρουσίασε μια πρωτοποριακή μέθοδο για την παραγωγή αξιονίων σε αντιδραστήρες σύντηξης. Η έρευνά τους, που δημοσιεύθηκε στο Journal of High Energy Physics, εξετάζει έναν σχεδιασμό αντιδραστήρα που χρησιμοποιεί καύσιμο δευτερίου και τριτίου, παρόμοιο με εκείνο του προγράμματος ITER στη νότια Γαλλία.
Οι ανανεώσιμες μέθοδοι παραγωγής ενέργειας μέσω αυτών των αντιδραστήρων παράγουν τεράστιες ποσότητες νετρονίων. Μέχρι πρότινος, η έρευνα επικεντρωνόταν στη διαχείριση αυτών των νετρονίων για την παραγωγή θερμότητας. Ωστόσο, η ομάδα του Zupan ανακάλυψε ένα παράπλευρο φαινόμενο: όταν τα νετρόνια αλληλεπιδρούν με τα τοιχώματα του αντιδραστήρα (όπως το λίθιο), ή επιβραδύνονται, μπορούν θεωρητικά να παραγάγουν νέα σωματίδια – τα αξιόνια.
Η «αποτυχία» του Sheldon και του Leonard
Για τους αγαπημένους της ποπ κουλτούρας, η αναφορά στη σειρά Big Bang Theory προσθέτει μια ενδιαφέρουσα ειρωνεία στην ανακάλυψη. Στον 5ο κύκλο της σειράς, οι χαρακτήρες Sheldon και Leonard προσπαθούσαν να λύσουν το ίδιο πρόβλημα. Όπως αποκαλύπτει ο Zupan, οι εξισώσεις που εμφανίζονται στους πίνακες της σειράς δεν ήταν απλές και τυχαίες μουντζούρες, αλλά πραγματικά φυσικά μοντέλα που είχαν τοποθετηθεί ως «easter eggs» για τους επιστήμονες-θεατές.
Συγκεκριμένα, σε ένα επεισόδιο υπήρχε αναφορά στην παραγωγή αξιονίων από τον Ήλιο, αλλά σε επόμενο επεισόδιο οι υπολογισμοί αποκάλυπταν ένα αδιέξοδο. Ο λόγος ήταν η στατιστική, καθώς η τεράστια δύναμη του Ήλιου καθιστούσε την πιθανότητα ανίχνευσης αξιονίων μεγαλύτερη απ’ ότι θα ήταν σε έναν επίγειο αντιδραστήρα.
Η καινοτομία της ομάδας του Zupan έγκειται στη χρήση των μοναδικών συνθηκών στους αντιδραστήρες και στις αλληλεπιδράσεις με τα τοιχώματα λιθίου, προσφέροντας μια νέα προοπτική που οι σεναριογράφοι της σειράς είχαν παραβλέψει.
Γιατί τα αξιόνια έχουν σημασία
Η αναζήτηση της Σκοτεινής Ύλης παραμένει ένα από τα πιο σημαντικά ζητήματα της σύγχρονης Κοσμολογίας. Αν και η Σκοτεινή Ύλη φαίνεται να είναι η κυρίαρχη μάζα του Σύμπαντος, επηρεάζοντας τη κίνηση των γαλαξιών, παραμένει αόρατη. Η βαρυτική της επίδραση είναι αναμφισβήτητη, αλλά η σωματιδιακή της φύση παραμένει μυστηριώδης.
Αν τα αξιόνια αποδειχθούν υπάρχοντα, θα μπορούσαν να προσφέρουν λύση σε αυτόν τον γρίφο. Ως εξαιρετικά ελαφριά σωματίδια που σχεδόν δεν αλληλεπιδρούν με την κοινή ύλη, η ανίχνευσή τους είναι πολύ δύσκολη. Η χρήση των αντιδραστήρων σύντηξης ως «εργοστασίων» για την παραγωγή και ανίχνευση αξιονίων μετατρέπει αυτές τις εγκαταστάσεις σε πολυδιάστατα εργαλεία: παραγωγούς καθαρής ενέργειας και ταυτόχρονα πειραματικές διατάξεις για θεμελιώδη φυσική.
Το μέλλον της έρευνας
Η έρευνα έρχεται σε μια κρίσιμη περίοδο, καθώς η τεχνολογία σύντηξης αναπτύσσεται και πλησιάζει στην εμπορική της εφαρμογή. Η προοπτική να αποκαλύψουμε τα μυστικά του Σύμπαντος μέσω των ίδιων μηχανών που θα τροφοδοτούν τις πόλεις μας προσφέρει ένα νέο κίνητρο για την πρόοδο της έρευνας. Αν οι θεωρητικές προβλέψεις του Zupan και των συνεργατών του επιβεβαιωθούν πειραματικά, ενδέχεται να είμαστε μάρτυρες μιας από τις σημαντικότερες ανακαλύψεις του 21ου αιώνα.
