Reactores de fusión podrían generar partículas de materia oscura

Un equipo de investigadores de la Universidad de Cincinnati y colaboradores internacionales propuso un método teórico para producir axiones dentro de reactores de fusión. Esta idea, que incluso fue abordada en la serie de televisión The Big Bang Theory, había permanecido sin solución en el ámbito científico.

En la serie, los personajes Sheldon Cooper y Leonard Hofstadter intentaron resolver el mismo problema en tres episodios de la quinta temporada, pero no lograron encontrar una respuesta. Ahora, el profesor de física Jure Zupan y sus coautores del Fermi National Laboratory, MIT y Technion-Israel Institute of Technology han publicado sus hallazgos en el Journal of High Energy Physics.

Importancia de los axiones en la investigación sobre materia oscura

Los axiones son partículas subatómicas teóricas que podrían ayudar a explicar la materia oscura, un componente fundamental del universo que se formó tras el Big Bang hace casi 14 mil millones de años. Aunque la materia oscura nunca ha sido detectada directamente, se cree que constituye la mayor parte de la materia en el universo, mientras que la materia ordinaria, que incluye estrellas, planetas y seres humanos, representa solo una pequeña fracción.

La existencia de la materia oscura se infiere a través de la gravedad, ya que los movimientos inusuales de las galaxias y las estrellas sugieren que grandes cantidades de materia no visible están ejerciendo una atracción gravitacional. Una de las teorías más aceptadas es que la materia oscura está compuesta por partículas extremadamente ligeras, como los axiones.

Reactores de fusión como fuente de nuevas partículas

En su estudio, Zupan y su equipo analizaron 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.

Un reactor de este tipo generaría una gran cantidad de neutrones junto con energía. Según los investigadores, esos neutrones podrían dar lugar a la creación de partículas vinculadas al sector oscuro de la materia.

"Los neutrones interactúan con el material de las paredes. Las reacciones nucleares resultantes pueden crear nuevas partículas", explicó Zupan. Otra posible ruta de producción ocurre cuando los neutrones colisionan con otras partículas y se desaceleran, liberando energía en un fenómeno conocido como bremsstrahlung, o "radiación de frenado".

A través de estos mecanismos, el reactor podría, en teoría, producir axiones o partículas similares a los axiones. Zupan destacó que este es el punto donde los físicos ficticios de la televisión no lograron avanzar.

La broma de The Big Bang Theory explicada

The Big Bang Theory se emitió desde 2007 hasta 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 fue discutida en The Big Bang Theory hace años, pero Sheldon y Leonard no pudieron hacer que funcionara", comentó 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, y debajo de los cálculos, dibujado en un color de marcador diferente, hay una cara triste, un signo visual de fracaso.

Zupan explicó que la ecuación compara las posibilidades de detectar axiones de un reactor de fusión con aquellos 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 en el sol que lleguen a 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", agregó.

El programa nunca menciona explícitamente los axiones ni explica las pizarras. Estos detalles sirven como bromas internas para los científicos, encajando en una serie conocida por entrelazar conceptos como el gato de Schrödinger y el efecto Doppler en sus tramas, junto con apariciones de ganadores del Premio Nobel y exalumnos de Star Trek.

"Por eso es fantástico verlo como científico", concluyó Zupan. "Hay muchas capas en las bromas".

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