Физики предложили искать темную материю в термоядерных реакторах
Международная группа исследователей предложила новый теоретический путь для поиска загадочной темной материи, который может быть реализован в термоядерных реакторах. Ученые показали, что гипотетические легкие частицы темного сектора, такие как аксионы, могут рождаться в установках для управляемого термоядерного синтеза не в процессе слияния ядер, а благодаря взаимодействию высокоэнергетических нейтронов со стенками реактора.
Темная материя, на долю которой, согласно расчетам, приходится около 84% вещества во Вселенной, остается одной из главных нерешенных загадок современной физики. Аксионы считаются одним из наиболее вероятных кандидатов на ее роль. Ранее идея о рождении аксионов в звездном или реакторном синтезе рассматривалась, но считалась бесперспективной для экспериментов, поскольку ожидаемый поток частиц был слишком мал для регистрации.
Исследователи под руководством физика Юре Зупана из Университета Цинциннати предложили принципиально иной механизм. Они изучили процессы, которые могут происходить в так называемой бланкетной зоне (зоне воспроизводства) реактора, работающего на смеси дейтерия и трития. Эта толстая литиевая оболочка, окружающая вакуумную камеру, выполняет две ключевые функции: поглощает поток высокоэнергетических нейтронов, превращая их кинетическую энергию в тепло для выработки электроэнергии, а также использует нейтроны для "размножения" трития, который затем служит топливом.
Математический анализ показал, что при захвате нейтронов ядрами лития или при их торможении после столкновения с другими частицами (явление нейтронного тормозного излучения) могут рождаться аксионы или аксионоподобные частицы. Теоретически поток таких частиц от этих процессов оказывается значительно выше, чем от самой термоядерной плазмы, и может достигать уровней, доступных для обнаружения за пределами реактора.
Таким образом, будущие термоядерные установки, такие как строящийся международный реактор ИТЭР, могут получить неожиданную дополнительную функцию — стать уникальными лабораториями для экспериментальных поисков темной материи. Как отмечает Юре Зупан, хотя Солнце как огромный природный термоядерный реактор производит гораздо больше мощности, в искусственных реакторах можно задействовать иные физические процессы для генерации гипотетических частиц.
Исследование в Journal of High Energy Physics.