Um físico da Universidade de Cincinnati e uma equipe internacional de colaboradores afirmam ter desenvolvido um método teórico para produzir áxions em reatores de fusão. É um problema que nem mesmo dois famosos físicos fictícios conseguiram resolver na TV.
Na sitcom da CBS The Big Bang Theory, os personagens Sheldon Cooper e Leonard Hofstadter lutaram com a mesma ideia durante três episódios da 5ª temporada. Apesar de seus esforços, o problema permaneceu sem solução na série.
Agora, o professor de física da UCLA, Yure Zupan, e seus coautores do Fermi National Laboratory, do MIT e do Technion Israel Institute of Technology relatam uma possível solução. Seus resultados aparecem em um novo estudo publicado em 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 podem ajudar a explicar a matéria escura. A matéria escura é de grande interesse porque desempenha um papel importante 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 pensam que ela constitui a maior parte da matéria do universo. A matéria comum, incluindo estrelas, planetas e humanos, é apenas uma pequena fração. A matéria escura recebe esse nome porque não absorve nem reflete luz.
Sua presença é revelada através da gravidade. Os movimentos incomuns de galáxias e estrelas indicam que uma grande quantidade de matéria invisível exerce atração gravitacional. Uma ideia importante é que a matéria escura é composta de partículas extremamente leves conhecidas como áxions.
Reatores termonucleares como fonte de novas partículas
Em seu estudo, Zupan e seus colegas examinaram o projeto de um 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 no âmbito de uma colaboração internacional no sul de França.
Tal reator irá gerar um grande número de nêutrons junto com energia. Segundo os pesquisadores, esses nêutrons também podem levar à criação de partículas associadas ao setor escuro.
“Os nêutrons interagem com o material nas paredes. Novas partículas podem ser criadas como resultado de reações nucleares”, disse ele.
Outra possível via de produção ocorre quando os nêutrons colidem com outras partículas e são desacelerados. Este processo libera energia em um fenômeno conhecido como bremsstrahlung, ou “bremsstrahlung”.
Com esses mecanismos, o reator pode teoricamente produzir áxions ou partículas semelhantes a áxions. Zupan observou que é aqui que os físicos fictícios da televisão são úteis.
A explicação do ovo de páscoa da teoria do big bang
The Big Bang Theory foi ao ar de 2007 a 2019, ganhou sete prêmios Emmy e continua sendo um dos programas mais populares em plataformas de streaming, segundo a Nielsen.
“A ideia geral do nosso trabalho foi discutida em The Big Bang Theory anos atrás, mas Sheldon e Leonard não conseguiram fazê-lo funcionar”, disse Zupan.
Em um episódio, um quadro branco exibe uma equação e um diagrama que Zupan diz mostrar como os áxions se formam no sol. No próximo episódio, outra equação aparece em outro quadro. Abaixo dos cálculos, desenhados com uma cor de marcador diferente, há um rosto claramente triste – um sinal visual de fracasso.
Zupan explicou que a equação compara as chances de detectar áxions de um reator de fusão com aqueles vindos do Sol – e a comparação não é encorajadora.
“O Sol é um objeto enorme que produz muita energia. A probabilidade de novas partículas produzidas pelo Sol fluirem para a Terra é maior do que se fossem produzidas em reatores de fusão usando os mesmos processos do Sol. No entanto, é possível produzi-las em reatores usando um conjunto diferente de processos”, disse ele.
O programa nunca menciona diretamente os áxions ou explica os quadros brancos. Esses detalhes servem como piadas internas para os cientistas, enquadrando-se no enredo de uma série conhecida por tecer conceitos como o gato de Schrödinger e o efeito Doppler, além de aparições de ganhadores do Prêmio Nobel e ex-alunos de Star Trek.
“É por isso que é fantástico observar como cientista”, disse Zupan. “Existem muitas camadas nas piadas.”
