Um físico da Universidade de Cincinnati e uma equipe internacional de colaboradores afirmam ter encontrado uma maneira teórica de produzir áxions dentro de um reator de fusão. É um desafio que nem mesmo dois famosos físicos fictícios conseguiram resolver na televisão.
No seriado da CBS “The Big Bang Theory”, os personagens Sheldon Cooper e Leonard Hofstadter passaram três episódios da quinta temporada pensando na mesma ideia. Apesar de seus esforços, o problema permanece sem solução no programa.
Agora, o professor de física da UC, Jure Zupan, e coautores 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 na revista Nature Jornal de Física de Altas Energias.
Por que os áxions 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 devido ao seu papel 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 acreditam que ela constitui a maior parte da matéria do universo. A matéria comum, incluindo estrelas, planetas e humanos, constitui apenas uma pequena parte. A matéria escura tem 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 vastas quantidades de matéria invisível estão exercendo uma atração gravitacional. Uma ideia importante é que a matéria escura consiste em partículas extremamente leves chamadas 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 produziria grandes quantidades de nêutrons e energia. Os investigadores dizem que estes neutrões também podem levar à criação de partículas associadas a áreas escuras.
“Os nêutrons interagem com o material da parede. As reações nucleares resultantes podem produzir novas partículas”, disse ele.
Outra possível via de produção ocorre quando os nêutrons colidem com outras partículas e diminuem a velocidade. Este processo libera energia em um fenômeno chamado radiação Bremsstrahlung, ou “radiação de frenagem”.
Através desses mecanismos, os reatores podem teoricamente produzir áxions ou partículas semelhantes a áxions. Zupan ressalta que é aqui que os físicos fictícios da televisão ficam aquém.
O ovo de Páscoa da teoria do Big Bang explicado
“The Big Bang Theory”, que foi ao ar de 2007 a 2019, ganhou sete prêmios Emmy e continua sendo um dos programas mais assistidos na plataforma de streaming, segundo a Nielsen.
“A ideia geral do nosso artigo foi discutida em ‘The Big Bang Theory’ alguns anos antes, mas Sheldon e Leonard não conseguiram fazê-lo funcionar”, disse Zupan.
Em um episódio, um quadro branco mostra uma equação e um diagrama que, segundo Zupan, representa como os áxions são criados no sol. Num episódio posterior, uma equação diferente aparece em outro quadro. Abaixo dos cálculos desenhados em diferentes cores de marcadores há um rosto claramente triste – um sinal visual de fracasso.
Zupan explicou que a equação comparava as chances de detecção de áxions de um reator de fusão com as do Sol, mas a comparação não era encorajadora.
“O Sol é um objeto enorme que produz muita energia. A chance de novas partículas produzidas pelo Sol fluirem para a Terra é maior do que a chance de serem produzidas em um reator de fusão usando os mesmos processos do Sol. No entanto, ainda é possível produzi-las em um reator usando um conjunto diferente de processos”, disse ele.
O programa nunca menciona explicitamente os eixos ou explica o quadro branco. Esses detalhes se tornaram uma piada interna entre os cientistas, somando-se a uma série conhecida por incorporar conceitos como o gato de Schrödinger e o Efeito Doppler em suas tramas, bem como aparições de ganhadores do Prêmio Nobel e ex-alunos de Star Trek.
“É por isso que é ótimo observar como cientista”, disse Zupan. “Existem tantas camadas nas piadas.”
