En ny teoretisk studie tyder på att framtida fusionsreaktorer kan producera axioner, flyktiga partiklar som potentiellt är kopplade till mörk materia. Ledd av en fysiker vid University of Cincinnati beskriver forskningen hur neutroner i dessa reaktorer kan utlösa reaktioner som skapar sådana partiklar. Idén påminner om ett pussel från TV-programmet The Big Bang Theory som fiktiva forskare inte kunde lösa.
Fysiker har föreslagit en metod för att detektera axioner inuti fusionsreaktorer, byggt på årtionden av mörk-materieforskning. Jure Zupan, professor i fysik vid University of Cincinnati, samarbetade med forskare från Fermi National Laboratory, MIT och Technion-Israel Institute of Technology. Deras resultat, publicerade i Journal of High Energy Physics, undersöker hur dessa reaktorer kan fungera som partikeldetektorer.
Axioner är hypotetiska subatomära partiklar som kan utgöra mörk materia, som påverkar universums struktur genom gravitation trots att den är osynlig och inte interagerar med ljus. Vanlig materia utgör bara en liten del av kosmos, och mörk materia härleds från galaktiska rörelser.
Studien fokuserar på en fusionsreaktordesign som använder deuterium- och tritiumbränsle i en litiumfodrad behållare, del av ett internationellt projekt i södra Frankrike. Högenergineutroner som genereras under fusionen skulle interagera med reaktorväggarna och utlösa kärnreaktioner som kan producera axioner eller liknande partiklar. En annan väg involverar neutroner som saktar ner och avger bromsstrålning, vilket potentiellt ger dessa flyktiga partiklar.
"Neutroner interagerar med materialet i väggarna. De resulterande kärnreaktionerna kan då skapa nya partiklar", förklarade Zupan.
Detta koncept återupplivar en idé från säsong 5 av sitcommen The Big Bang Theory, där karaktärerna Sheldon Cooper och Leonard Hofstadter försökte men misslyckades med att få det att fungera. "Den allmänna idén från vår artikel diskuterades i 'The Big Bang Theory' för år sedan, men Sheldon och Leonard kunde inte få det att fungera", noterade Zupan. Programmet visade ekvationer som jämförde axionproduktion i solen kontra reaktorer, och betonade solens större utbyte men föreslog att reaktorer kunde använda olika processer.
Även om solen erbjuder högre chanser för axiondetektion på grund av sin skala argumenterar forskarna att fusionsreaktorer ger en kontrollerad miljö för att undersöka den mörka sektorn. Arbetet, detaljerat i en artikel med titeln 'Searching for exotic scalars at fusion reactors' av Chaja Baruch m.fl. (DOI: 10.1007/JHEP10(2025)215), öppnar dörrar för experimentell verifiering i takt med fusions teknologins framsteg.