Ученые предполагают, что термоядерные реакторы могут стать инструментом для обнаружения аксионов – гипотетических частиц, являющихся кандидатами на роль темной материи. Согласно исследованию, опубликованному в Journal of High Energy Physics, условия внутри реакторов, таких как международный экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР, способны генерировать эти частицы.
Темная материя, составляющая примерно 85% материи во Вселенной, никогда не наблюдалась напрямую. Ее существование подтверждается лишь гравитационными эффектами – например, искривлением света далеких галактик. Аксионы рассматриваются как один из наиболее вероятных кандидатов для объяснения ее природы, однако их крайне малая масса делает обнаружение чрезвычайно сложным.
Теоретическая группа под руководством Юре Зупана из Университета Цинциннати проанализировала процессы, которые могут происходить в действующем термоядерном реакторе. В реакторе типа токамак, где происходит синтез изотопов водорода (дейтерия и трития) формируется высокотемпературная плазма. Стенки реактора, покрытые жидким литием, выполняют функцию «бланкета» (улавливателя высокоэнергичных нейтронов) для воспроизводства трития.
Именно в этих условиях возможны два пути рождения аксионов. Первый связан с высоким потоком нейтронов, взаимодействующих с материалами бланкета. Второй путь – процесс тормозного излучения, когда нейтрон, сталкиваясь с другой частицей, теряет энергию, которая может преобразоваться в аксион. Обычно это излучение является нежелательной потерей энергии для термоядерного синтеза, но для физики частиц оно представляет исследовательский интерес.
Таким образом, термоядерный реактор, созданный для решения энергетических задач, может одновременно служить и уникальной научной установкой. Он способен воспроизводить условия, схожие с солнечными, но в более контролируемой среде. Если гипотеза подтвердится, это позволит не только идентифицировать частицу темной материи, но и глубже понять процессы, определившие формирование крупномасштабной структуры Вселенной.
