研究人员指出，聚变反应堆的作用可能不仅仅是产生清洁能源——它们还可能产生与暗物质相关的粒子。一项新的理论研究揭示了未来聚变反应堆内部的中子如何诱发产生轴子的罕见反应；轴子是一种长期被推测存在但从未被观测到的粒子。这项研究重提了多年前美剧《生活大爆炸》中曾调侃过的一个构想，剧中的虚构物理学家当时未能解开这一谜题。而这一次，真正的科学家认为他们已经找到了解决之道。
在CBS情景喜剧《生活大爆炸》中，角色谢尔顿·库珀和莱纳德·霍夫斯塔特在第五季的三集里纠结于同一个想法。尽管他们付出了努力，但在剧中这个问题仍未解决。
如今，辛辛那提大学物理学教授Jure Zupan及其来自费米国家实验室、麻省理工学院和以色列理工学院的合著者报告了一种可能的解决方案。他们的发现发表在《高能物理杂志》上的一项新研究中。
轴子为何对暗物质研究至关重要
轴子是科学家认为可能有助于解释暗物质的理论亚原子粒子。暗物质备受关注，因为在大约140亿年前大爆炸后，它在塑造宇宙方面发挥了重要作用。
尽管暗物质从未被直接探测到，但物理学家认为它构成了宇宙中的大部分物质。普通物质，包括恒星、行星和人类，只占一小部分。暗物质得名于它不吸收或反射光线。
它的存在是通过引力推断出来的。星系及其内部恒星的不寻常运动表明，大量看不见的物质正在施加引力。一个主要的观点是，暗物质由被称为轴子的极轻粒子组成。
作为新粒子来源的聚变反应堆
在他们的研究中，Zupan及其同事研究了一种聚变反应堆设计，该设计在锂衬容器内使用氘和氚燃料。这种类型的反应堆正在通过法国南部的国际合作进行开发。
这种反应堆在产生能量的同时还会产生大量中子。据研究人员称，这些中子也可能导致与暗区相关粒子的产生。
“中子与墙壁中的材料相互作用。由此产生的核反应随后可以产生新粒子，”他说。
另一种可能的生产途径发生在中子与其他粒子碰撞并减速时。这一过程以轫致辐射或“制动辐射”的现象释放能量。
通过这些机制，反应堆理论上可以产生轴子或类轴子粒子。Zupan指出，这正是电视上的虚构物理学家们未能做到的地方。
《生活大爆炸》彩蛋解析
据尼尔森数据显示，《生活大爆炸》于2007年至2019年播出，曾七次获得艾美奖，至今仍是流媒体平台上收视率最高的剧集之一。
“我们论文中的总体思路多年前就在《生活大爆炸》中被讨论过，但谢尔顿和莱纳德没能让它行得通，”Zupan说。
在其中一集中，一块白板上展示了一个方程和图表，Zupan表示这代表了轴子是如何在太阳中产生的。在随后的一集中，另一块白板上出现了不同的方程。在计算过程下方，用不同颜色的记号笔画了一个清晰的悲伤脸——这是失败的视觉标志。
Zupan解释说，该方程比较了从聚变反应堆探测轴子与从太阳探测轴子的几率——而这种比较并不令人鼓舞。
“太阳是一个产生巨大能量的巨大物体。从太阳产生并射向地球的新粒子的几率，要比在使用与太阳相同过程的聚变反应堆中产生它们的几率大。然而，人们仍然可以在反应堆中利用一组不同的过程来产生它们，”他说。
该剧从未明确提及轴子或解释这些白板。这些细节是为科学家准备的内部笑话，符合该剧将薛定谔的猫和多普勒效应等概念融入情节的一贯风格，剧中还有诺贝尔奖得主和《星际迷航》演员的客串。
“这就是为什么作为科学家观看这部剧感觉很棒，”Zupan说。“这些笑话有很多层次。”