JoHEP: в термоядерных реакторах планируют искать темную материю через аксионы

В последние годы в области физики элементарных частиц и астрофизики активно обсуждается концепция использования термоядерных реакторов как инструмента для обнаружения частиц тёмной материи. Гипотеза основывается на предположении, что в условиях экстремальных температур и плотностей, характерных для термоядерных плазменных сред, возможно генерация аксионов и аксионоподобных частиц. Эти гипотетические субстанции рассматриваются как перспективные кандидаты на роль носителей тёмной материи, составляющей примерно 84% массы Вселенной.

Согласно теоретической модели, аксионы и аксионоподобные частицы не образуются непосредственно в результате термоядерного синтеза, а возникают вследствие взаимодействия высокоэнергетических нейтронов с материалами, используемыми в конструкции реактора. Ранее идея о генерации аксионов в астрофизических объектах, таких как звёзды, уже обсуждалась, однако считалось, что поток этих частиц недостаточен для проведения экспериментальных исследований.

Группа исследователей под руководством Юре Зупана из Университета Цинциннати провела детальный анализ процессов, происходящих в бланкетной зоне экспериментального термоядерного реактора, работающего на дейтерий-тритиевой смеси. Вакуумная камера реактора окружена литиевой оболочкой, которая поглощает высокоэнергетические нейтроны, генерируемые в процессе термоядерного синтеза. В результате взаимодействия нейтронов с литием происходит их замедление, сопровождающееся выделением тепла, а также синтез трития.

Проведённые расчёты продемонстрировали, что захват высокоэнергетических нейтронов литиевой оболочкой и последующее их взаимодействие с материалами бланкета могут приводить к генерации аксионов или аксионоподобных частиц. Поток этих частиц, генерируемый в бланкете, значительно превосходит вклад от термоядерной плазмы и может быть зарегистрирован вне реактора с использованием современных детекторных систем.

Юре Зупан и его коллеги подчеркнули, что крупные термоядерные комплексы, такие как Международный экспериментальный термоядерный реактор (ITER), обладают потенциалом стать идеальными платформами для изучения тёмного сектора Вселенной. В то время как естественные термоядерные процессы, происходящие на Солнце, генерируют значительно большее количество энергии, в искусственных условиях можно более точно контролировать параметры среды и использовать альтернативные механизмы для усиления генерации аксионов.

Результаты данного исследования были опубликованы в престижном журнале Journal of High Energy Physics, что подтверждает их научную значимость и обоснованность.