Reatores de fusão podem criar partículas de matéria escura

No seriado da CBS “The Big Bang Theory”, os personagens Sheldon Cooper e Leonard Hofstadter lutaram com a mesma ideia em três episódios da 5ª temporada.

Agora, o professor de física da UC, Jure Zupan, e seus co-autores do Laboratório Nacional Fermi, do MIT e do Instituto de Tecnologia Technion-Israel relatam uma possível solução. Suas descobertas aparecem em um novo estudo publicado no Jornal de Física de Altas Energias.

Por que os axions são importantes para a pesquisa da matéria escura

Axions são partículas subatômicas teóricas que os cientistas acreditam que poderiam ajudar a explicar a matéria escura. A matéria escura é de grande interesse porque desempenha um papel importante na formação do Universo após o Big Bang, há quase 14 mil milhões de anos.

Embora a matéria escura nunca tenha sido detectada diretamente, os físicos pensam que ela constitui a maior parte da matéria do universo. A matéria comum, incluindo estrelas, planetas e pessoas, representa apenas uma pequena fração. A matéria escura ganha esse nome porque não absorve nem reflete luz.

Sua presença é inferida através da gravidade. Os movimentos incomuns das galáxias e das estrelas dentro delas sugerem que grandes quantidades de matéria invisível estão exercendo força gravitacional. Uma ideia importante é que a matéria escura consiste em partículas extremamente leves conhecidas como áxions.

Reatores de fusão como fonte de novas partículas

Em seu estudo, Zupan e seus colegas examinaram um projeto de reator de fusão que usa combustível de deutério e trítio dentro de um recipiente revestido de lítio. Este tipo de reactor está a ser desenvolvido através de uma colaboração internacional no sul de França.

Tal reator geraria um grande número de nêutrons junto com energia. Segundo os pesquisadores, esses nêutrons também poderiam levar à criação de partículas ligadas ao setor escuro.

“Os nêutrons interagem com o material nas paredes. As reações nucleares resultantes podem então criar novas partículas”, disse ele.

Outra rota de produção possível ocorre quando os nêutrons colidem com outras partículas e diminuem a velocidade. Este processo libera energia em um fenômeno conhecido como bremsstrahlung, ou “radiação de frenagem”.

Através desses mecanismos, o reator poderia teoricamente produzir áxions ou partículas semelhantes a áxions. Zupan observou que foi aqui que os físicos fictícios da televisão ficaram aquém.

O ovo de Páscoa da teoria do Big Bang explicado

“The Big Bang Theory” foi ao ar de 2007 a 2019, ganhou sete Emmys e continua sendo um dos programas mais assistidos nas plataformas de streaming, segundo a Nielsen.

“A ideia geral do nosso artigo foi discutida em ‘The Big Bang Theory’ anos atrás, mas Sheldon e Leonard não conseguiram fazê-la funcionar”, disse Zupan.

Em um episódio, um quadro branco exibe uma equação e um diagrama que Zupan disse representar como os áxions são produzidos no sol. Num episódio posterior, uma equação diferente aparece em outro quadro. Sob os cálculos, desenhados com uma cor de marcador diferente, há um rosto claramente triste – um sinal visual de fracasso.

Zupan explicou que a equação compara as chances de detectar áxions de um reator de fusão com aqueles vindos do Sol – e a comparação não é encorajadora.

“O Sol é um objeto enorme que produz muita energia. A chance de produzir novas partículas do Sol que fluiriam para a Terra é maior do que produzi-las em reatores de fusão usando os mesmos processos do Sol. No entanto, ainda é possível produzi-las em reatores usando um conjunto diferente de processos”, disse ele.

O programa nunca menciona explicitamente os eixos ou explica os quadros brancos. Esses detalhes servem como piadas internas para os cientistas, enquadrando uma série conhecida por incorporar conceitos como o gato de Schrodinger e o efeito Doppler em suas tramas, além de aparições de ganhadores do Prêmio Nobel e ex-alunos de “Star Trek”.

“É por isso que é fantástico observar como cientista”, disse Zupan. “Existem muitas camadas nas piadas.”