Une nouvelle étude théorique suggère que les futurs réacteurs de fusion pourraient produire des axions, des particules insaisissables potentiellement liées à la matière noire. Dirigée par un physicien de l’Université de Cincinnati, la recherche décrit comment les neutrons dans ces réacteurs pourraient déclencher des réactions créant de telles particules. L’idée fait écho à un casse-tête de l’émission télévisée The Big Bang Theory que des scientifiques fictifs n’ont pas pu résoudre.
Les physiciens ont proposé une méthode pour détecter des axions à l’intérieur de réacteurs de fusion, s’appuyant sur des décennies de recherche sur la matière noire. Jure Zupan, professeur de physique à l’Université de Cincinnati, a collaboré avec des scientifiques du Fermi National Laboratory, du MIT et du Technion-Israel Institute of Technology. Leurs résultats, publiés dans le Journal of High Energy Physics, explorent comment ces réacteurs pourraient servir de détecteurs de particules.
Les axions sont des particules subatomiques hypothétiques qui pourraient constituer la matière noire, laquelle influence la structure de l’univers par la gravité malgré son invisibilité et son absence d’interaction avec la lumière. La matière ordinaire ne représente qu’une petite partie du cosmos, la matière noire étant inférée des mouvements galactiques.
L’étude se concentre sur un design de réacteur de fusion utilisant du carburant deutérium et tritium dans un vaisseau doublé de lithium, faisant partie d’un projet international dans le sud de la France. Les neutrons à haute énergie générés pendant la fusion interagiraient avec les parois du réacteur, déclenchant des réactions nucléaires qui pourraient produire des axions ou des particules similaires. Une autre voie implique des neutrons ralentis émettant un rayonnement de freinage, potentiellement produisant ces particules insaisissables.
« Les neutrons interagissent avec le matériau des parois. Les réactions nucléaires résultantes peuvent alors créer de nouvelles particules », a expliqué Zupan.
Ce concept ravive une idée de la saison 5 de la sitcom The Big Bang Theory, où les personnages Sheldon Cooper et Leonard Hofstadter ont essayé mais échoué à la faire fonctionner. « L’idée générale de notre article a été discutée dans ‘The Big Bang Theory’ il y a des années, mais Sheldon et Leonard n’y sont pas parvenus », a noté Zupan. L’émission présentait des équations comparant la production d’axions dans le Soleil par rapport aux réacteurs, soulignant la plus grande production solaire mais suggérant que les réacteurs pourraient utiliser des processus distincts.
Bien que le Soleil offre de plus grandes chances de détection d’axions en raison de son échelle, les chercheurs soutiennent que les réacteurs de fusion fournissent un environnement contrôlé pour sonder le secteur sombre. Le travail, détaillé dans un article intitulé ‘Searching for exotic scalars at fusion reactors’ par Chaja Baruch et al. (DOI : 10.1007/JHEP10(2025)215), ouvre des voies pour une vérification expérimentale à mesure que la technologie de fusion progresse.