Un físico de la Universidad de Cincinnati y un equipo internacional de colaboradores han desarrollado un método teórico para producir axiones dentro de reactores de fusión. Este desafío, aparentemente insuperable, incluso frustró a dos reconocidos físicos ficticios en la televisión.
En la serie de CBS “The Big Bang Theory”, los personajes Sheldon Cooper y Leonard Hofstadter abordaron esta misma idea a lo largo de tres episodios de la quinta temporada. A pesar de sus esfuerzos, el problema permaneció sin resolver en la serie.
Ahora, el profesor de física de la UC, Jure Zupan, y sus coautores de los laboratorios nacionales Fermi, el MIT y el Instituto de Tecnología Technion-Israel, presentan una posible solución. Sus hallazgos se publican en un nuevo estudio en la Journal of High Energy Physics.
Por qué los axiones son importantes para la investigación de la materia oscura
Los axiones son partículas subatómicas teóricas que los científicos creen que podrían ayudar a explicar la materia oscura. La materia oscura es de gran interés porque juega un papel fundamental en la formación del universo después del Big Bang, hace casi 14 mil millones de años.
Aunque la materia oscura nunca ha sido detectada directamente, los físicos creen que constituye la mayor parte de la materia del universo. La materia ordinaria, incluidos las estrellas, los planetas y las personas, representa solo una pequeña fracción. La materia oscura recibe su nombre porque no absorbe ni refleja la luz.
Su presencia se infiere a través de la gravedad. Los movimientos inusuales de las galaxias y las estrellas dentro de ellas sugieren que grandes cantidades de materia invisible están ejerciendo una fuerza gravitatoria. Una de las ideas principales es que la materia oscura está compuesta por partículas extremadamente ligeras conocidas como axiones.
Reactores de fusión como fuente de nuevas partículas
En su estudio, Zupan y sus colegas examinaron un diseño de reactor de fusión que utiliza combustible de deuterio y tritio dentro de un recipiente revestido de litio. Este tipo de reactor se está desarrollando a través de una colaboración internacional en el sur de Francia.
Dicho reactor generaría vastos números de neutrones junto con energía. Según los investigadores, estos neutrones también podrían conducir a la creación de partículas vinculadas al sector oscuro.
«Los neutrones interactúan con el material de las paredes. Las reacciones nucleares resultantes pueden entonces crear nuevas partículas», explicó Zupan.
Otra posible vía de producción ocurre cuando los neutrones chocan con otras partículas y se ralentizan. Este proceso libera energía en un fenómeno conocido como bremsstrahlung, o «radiación de frenado».
A través de estos mecanismos, el reactor podría producir teóricamente axiones o partículas similares a los axiones. Zupan señaló que este es el punto donde los físicos ficticios de la televisión se quedaron cortos.
Explicación del «easter egg» de «The Big Bang Theory»
«The Big Bang Theory» se emitió de 2007 a 2019, ganó siete premios Emmy y sigue siendo uno de los programas más vistos en plataformas de streaming, según Nielsen.
«La idea general de nuestro artículo se discutió en ‘The Big Bang Theory’ hace años, pero Sheldon y Leonard no pudieron hacerlo funcionar», dijo Zupan.
En un episodio, una pizarra muestra una ecuación y un diagrama que, según Zupan, representan cómo se producen los axiones en el sol. En un episodio posterior, aparece una ecuación diferente en otra pizarra. Debajo de los cálculos, dibujado en un color de marcador diferente, hay una clara cara triste, una señal visual de fracaso.
Zupan explicó que la ecuación compara las posibilidades de detectar axiones de un reactor de fusión con las que provienen del sol, y la comparación no es alentadora.
«El sol es un objeto enorme que produce mucha energía. La probabilidad de que se produzcan nuevas partículas del sol que fluyan hacia la Tierra es mayor que la de que se produzcan en reactores de fusión utilizando los mismos procesos que en el Sol. Sin embargo, aún se pueden producir en reactores utilizando un conjunto diferente de procesos», afirmó.
La serie nunca menciona explícitamente los axiones ni explica las pizarras. Estos detalles sirven como chistes internos para los científicos, encajando en una serie conocida por tejer conceptos como el gato de Schrödinger y el efecto Doppler en sus tramas, junto con apariciones de ganadores del Premio Nobel y antiguos miembros de la tripulación del «Star Trek».
«Por eso es fantástico verlo como científico», dijo Zupan. «Hay muchas capas en los chistes».
