Um físico da Universidade de Cincinnati e uma equipe internacional de colaboradores afirmam ter desenvolvido um método teórico para produzir axions dentro de reatores de fusão. Esse é um desafio que até mesmo dois conhecidos físicos fictícios não conseguiram resolver na televisão.
No sitcom da CBS “The Big Bang Theory,” os personagens Sheldon Cooper e Leonard Hofstadter lidaram com a mesma ideia em três episódios da quinta temporada. Apesar de seus esforços, o problema permaneceu sem solução no programa.
Agora, o professor de física da UC, Jure Zupan, e seus co-autores do Laboratório Nacional Fermi, MIT e Technion – Instituto de Tecnologia de Israel relatam uma possível solução. As descobertas deles aparecem em um novo estudo publicado no Journal of High Energy Physics.
Por que os Axions Importam na Pesquisa sobre Matéria Escura
Axions são partículas subatômicas teóricas que os cientistas acreditam poderem ajudar a explicar a matéria escura. A matéria escura tem grande interesse porque desempenha um papel fundamental na formação do universo após o Big Bang, há quase 14 bilhões de anos.
Ainda que a matéria escura nunca tenha sido detectada diretamente, os físicos pensam que ela compõe a maior parte da matéria do universo. A matéria comum, incluindo estrelas, planetas e seres humanos, representa apenas uma pequena fração. A matéria escura recebe esse nome porque não absorve nem reflete a luz.
Sua presença é inferida através da gravidade. Os movimentos incomuns das galáxias e das estrelas dentro delas sugerem que grandes quantidades de matéria invisível estão exercendo atração gravitacional. Uma das ideias principais é que a matéria escura consiste em partículas extremamente leves conhecidas como axions.
Reatores de Fusão como Fonte de Novas Partículas
No estudo, Zupan e seus colegas examinaram um projeto de reator de fusão que utiliza combustível de deutério e trítio dentro de um recipiente revestido de lítio. Esse tipo de reator está sendo desenvolvido por meio de uma colaboração internacional no sul da França.
Esse reator geraria vastas quantidades de nêutrons junto com energia. De acordo com os pesquisadores, esses nêutrons poderiam também levar à criação de partículas ligadas ao setor escuro.
“Os nêutrons interagem com o material nas paredes. As reações nucleares resultantes podem então criar novas partículas,” disse ele.
Outra possível via de produção ocorre quando os nêutrons colidem com outras partículas e desaceleram. Esse processo libera energia em um fenômeno conhecido como bremsstrahlung, ou “radiação de frenagem.”
Através desses mecanismos, o reator poderia teoricamente produzir axions ou partículas semelhantes a axions. Zupan observou que é exatamente onde os físicos fictícios da televisão falharam.
A Piada Dentro de “The Big Bang Theory” Explicada
“The Big Bang Theory” foi ao ar de 2007 a 2019, ganhou sete Emmys e continua sendo um dos programas mais assistidos em plataformas de streaming, de acordo com a Nielsen.
“A ideia geral do nosso artigo foi discutida em ‘The Big Bang Theory’ anos atrás, mas Sheldon e Leonard não conseguiram fazê-la funcionar,” disse Zupan.
Em um episódio, um quadro branco exibe uma equação e um diagrama que Zupan disse representar como os axions são produzidos no sol. Em um episódio posterior, uma equação diferente aparece em outro quadro. Sob os cálculos, desenhado com uma cor de marcador diferente, há uma clara carinha triste – um sinal visual de falha.
Zupan explicou que a equação compara as chances de detectar axions de um reator de fusão com aqueles vindos do sol – e a comparação não é encorajadora.
“O sol é um enorme objeto que produz muita energia. A chance de que novas partículas sejam produzidas pelo sol e que fluam para a Terra é maior do que a de serem produzidas em reatores de fusão usando os mesmos processos que no sol. No entanto, ainda é possível produzí-las em reatores usando um conjunto diferente de processos,” disse ele.
O programa nunca menciona explicitamente os axions ou explica os quadros brancos. Esses detalhes servem como piadas internas para os cientistas, encaixando-se em uma série conhecida por entrelaçar conceitos como o gato de Schrödinger e o efeito Doppler em suas tramas, junto com aparições de vencedores do Prêmio Nobel e ex-integrantes de “Star Trek.”
“É por isso que é fantástico assistir como cientista,” disse Zupan. “Há muitas camadas nas piadas.”