Nos reatores de fusão como fonte de novas partículas

No sitcom da CBS “The Big Bang Theory”, os personagens Sheldon Cooper e Leonard Hofstadter lidaram com a mesma ideia ao longo de três episódios da Temporada 5. Apesar de seus esforços, o problema permaneceu sem solução no programa.

Agora, o professor de física da UC, Jure Zupan, e seus co-autores do Fermi National Laboratory, MIT e Technion-Instituto de Tecnologia de Israel, relatam uma possível solução. Suas descobertas foram publicadas em um novo estudo na Journal of High Energy Physics.

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

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

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

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

Reatores de fusão como fonte de novas partículas

No seu estudo, Zupan e seus colegas examinaram um design de reator de fusão que utiliza combustível de deuterium e tritium dentro de um vaso revestido de lítio. Esse tipo de reator está sendo desenvolvido através de uma colaboração internacional no sul da França.

Um reator assim geraria vastas quantidades de nêutrons junto com energia. De acordo com os pesquisadores, esses nêutrons poderiam também 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 possível rota de produção ocorre à medida que os nêutrons colidem com outras partículas e desaceleram. Esse processo libera energia em um fenômeno conhecido como bremsstrahlung, ou “radiação de freio”.

Através dessas mecânicas, o reator poderia teoricamente produzir axions ou partículas similares a axions. Zupan observou que é nesse ponto que os físicos fictícios da televisão não conseguiram avançar.

O Easter Egg de The Big Bang Theory Explicado

“The Big Bang Theory” foi ao ar de 2007 a 2019, ganhou sete Emmys e continua sendo um dos programas mais assistidos em 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 fazer funcionar,” disse Zupan.

Em um episódio, um quadro branco exibe uma equação e um diagrama que Zupan afirmou representar como os axions são produzidos no sol. Em um episódio posterior, uma equação diferente aparece em outro quadro. Sob os cálculos, desenhado em uma cor de marcador diferente, está um claro rosto triste – um sinal visual de falha.

Zupan explicou que a equação compara as chances de detectar axions de um reator de fusão com aqueles provenientes do sol – e a comparação não é animadora.

“O sol é um objeto imenso produzindo muita energia. A chance de novas partículas serem produzidas no sol e fluírem para a Terra é maior do que a de produzí-las em reatores de fusão usando os mesmos processos do Sol. No entanto, ainda é possível produzi-las em reatores que utilizam um conjunto diferente de processos,” disse ele.

O programa nunca menciona explicitamente os axions ou explica os quadros brancos. Esses detalhes servem como piadas internas para os cientistas, encaixando-se em uma série conhecida por tecer conceitos como o gato de Schrödinger e o efeito Doppler em suas tramas, junto com aparições de vencedores do Prêmio Nobel e alumni de “Star Trek”.

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