Fúzní reaktory by podle fyziků mohly vytvářet částice temné hmoty

Při fúzi vzniká obrovské množství vysokoenergetických neutronů / Pixabay
Reaktory určené k výrobě energie pomocí jaderné fúze by mohly sehrát zcela nečekanou roli ve výzkumu vesmíru. Mezinárodní tým fyziků totiž ukázal, že právě ve fúzních zařízeních by mohly vznikat exotické částice spojené s temnou hmotou, jednou z největších záhad moderní fyziky.

Temná hmota je hypotetická forma hmoty, která nevydává ani nepohlcuje světlo, a proto je pro nás přímo neviditelná. Přesto o její existenci vědci podle webu University of Cincinnati nepochybují, její gravitační působení je totiž patrné na pohybech galaxií i na struktuře celého vesmíru.

Výpočty naznačují, že běžná hmota, ze které jsou tvořeny hvězdy, planety i my sami, představuje pouze asi 16 % veškeré hmoty ve vesmíru. Zbývajících 84 % má připadat právě na temnou hmotu.

Mezi hlavní kandidáty na její vysvětlení patří různé exotické objekty a částice, od mikroskopických černých děr až po velmi lehké částice zvané axiony, které patří mezi nejvážnější teoretické uchazeče.

Axiony a fúze

Myšlenka, že by axiony mohly vznikat při jaderné fúzi ve hvězdách, není nová. Logicky se tedy nabízelo, že by mohly vznikat i v pozemských fúzních reaktorech. Problém byl ale zásadní: očekávané množství těchto částic bylo podle dosavadních modelů příliš malé na to, aby je bylo možné detekovat.

Jak s nadsázkou poznamenává tým vedený fyzikem Jure Zupanem z University of Cincinnati, podobná úvaha se dokonce objevila i v seriálu Teorie velkého třesku. Ani tamní fiktivní experiment ale nevedl k dostatečně silnému „toku axionů“. Zupanův tým se proto vydal jinou cestou.

Klíčem jsou neutrony a stěny reaktoru

Namísto samotného fúzního plazmatu se vědci zaměřili na to, co se děje okolo něj. Konkrétně na tzv. breeding blanket, vrstvu bohatou na lithium, která obklopuje jádro deuterium-tritiového fúzního reaktoru. Jde vpodstatě o vrstvu materiálů, která „plodí“ palivo a zároveň funguje jako tepelný výměník.

 

Při fúzi vzniká obrovské množství vysokoenergetických neutronů. Ty narážejí do pláště, kde předávají svou energii ve formě tepla, reagují s lithiem, které se rozpadá na helium a tritium, tedy palivo pro další fúzi.

Právě při těchto interakcích, jak ukazují nové výpočty, mohou vznikat i axiony nebo axionům podobné hypotetické elementární částice. A to buď při zachycení neutronů jádry lithia, nebo při jejich zpomalování, jevu známém jako neutronové brzdné záření (bremsstrahlung).

Jde částice detekovat?

Podle matematického modelu týmu vědců by množství takto vznikajících axionů mohlo být výrazně vyšší než u samotné fúze a dokonce dostatečné na to, aby je bylo možné zachytit i mimo stěny reaktoru.

Pokud se tyto teoretické předpovědi potvrdí, mohly by se fúzní reaktory stát nejen zdrojem čisté energie, ale i unikátními experimentálními zařízeními pro hledání temné hmoty.

Řešení jedné z největších záhad fyziky

Výzkum nabízí zcela nový pohled na propojení energetiky a fundamentální fyziky. Technologie, které lidstvo vyvíjí pro praktické využití, by tak mohly zároveň pomoci odhalit podstatu látky, která drží vesmír pohromadě. Fúzní reaktory by se tak mohly stát nečekaným mostem mezi Zemí a tajemstvím hlubokého vesmíru.

Zdroj: University of Cincinnati, Journal of High Energy Physics

#fúze #reaktor #temná hmota #vesmír #axion #neutron

Mohlo by vás zajímat

Reklama