Un professeur de l’Université de Cincinnati et ses collègues ont trouvé ce que deux des physiciens fictifs les plus célèbres d’Amérique n’ont pas pu : théoriquement comment produire des particules subatomiques appelées axions dans des réacteurs à fusion.
Les physiciens des particules Sheldon Cooper et Leonard Hofstadter, colocataires dans la sitcom de CBS “The Big Bang Theory”, ont travaillé sur le problème dans trois épisodes de la saison 5 mais n’ont pas réussi à le résoudre.
Maintenant, le professeur de physique de l’UC Jure Zupan et ses co-auteurs physiciens théoriciens du Fermi National Laboratory, du MIT et du Technion–Israel Institute of Technology pensent avoir une solution dans une étude publiée dans le Journal of High Energy Physics.
Les axions sont des particules hypothétiques que les physiciens soupçonnent de pouvoir aider à expliquer la matière noire. Les chercheurs s’intéressent à la matière noire car elle aide à expliquer l’évolution de l’univers après sa création lors du Big Bang il y a près de 14 milliards d’années.
La matière noire n’a jamais été observée directement, mais les physiciens croient qu’elle représente la majorité de la masse dans l’univers attribuée à la matière, alors qu’une fraction seulement est due à la matière normale visible. La matière noire est dite noire car, contrairement à la matière normale, elle n’absorbe ni ne réfléchit la lumière.
Néanmoins, les physiciens ont identifié son existence à travers ses effets gravitationnels, modifiant le mouvement des galaxies dans l’univers et des étoiles dans les galaxies. Une des principales possibilités théoriques pour la matière noire est qu’il s’agit d’une particule très légère, l’axion.
Dans leur article, Zupan et ses collègues ont considéré un réacteur à fusion alimenté par du deutérium et du tritium dans une cuve doublée de lithium qui est en cours de développement dans une collaboration internationale dans le sud de la France. Un tel réacteur produirait non seulement de l’énergie mais aussi potentiellement des particules du secteur sombre en raison d’un grand flux de neutrons qui sera créé dans un réacteur à fusion.
« Les neutrons interagissent avec le matériau des parois. Les réactions nucléaires qui en résultent peuvent alors créer de nouvelles particules », a-t-il déclaré.
La deuxième façon dont les nouvelles particules peuvent être générées est lorsque les neutrons rebondissent sur d’autres particules et ralentissent, libérant de l’énergie dans un processus que les physiciens appellent le bremsstrahlung ou « rayonnement de freinage ».
Les nouvelles particules pourraient être des axions, ou au moins des particules de type axion. Et c’est là que les physiciens fictifs de la série ont échoué, a déclaré Zupan.
“The Big Bang Theory” a été diffusée de 2007 à 2019 et a remporté sept Emmys. Elle reste l’une des émissions les plus regardées sur tous les services de streaming, selon Nielsen.
« L’idée générale de notre article a été discutée dans ‘The Big Bang Theory’ il y a des années, mais Sheldon et Leonard n’ont pas réussi à la faire fonctionner », a expliqué Zupan.
Dans un épisode, un tableau blanc présente une équation et un diagramme que Zupan a décrit comme décrivant comment les axions sont générés par le soleil. Dans un épisode ultérieur, une autre équation apparaît sur un tableau différent. En dessous des calculs, dans une couleur de marqueur différente, se trouve un visage triste sans équivoque — un symbole d’échec.
Zupan a déclaré que l’équation de Leonard et Sheldon estime la probabilité de détecter des axions à partir de leur réacteur à fusion proposé par rapport au soleil — avec des résultats décourageants, ce qui explique le visage triste.
« Le soleil est un objet énorme produisant beaucoup d’énergie. La chance d’avoir de nouvelles particules produites par le soleil qui se dirigeraient vers la Terre est plus grande que de les produire dans des réacteurs à fusion en utilisant les mêmes processus que dans le Soleil. Cependant, on peut toujours les produire dans des réacteurs en utilisant un ensemble différent de processus », a-t-il déclaré.
Les personnages de la série ne parlent jamais des axions ou des tableaux blancs dans les épisodes. Ce ne sont que des easter eggs pour les physiciens dans une série célèbre pour intégrer des concepts scientifiques comme le chat de Schrodinger et l’effet Doppler dans ses intrigues, ainsi que des caméos de lauréats du prix Nobel et d’anciens de “Star Trek”.
« C’est pourquoi c’est fantastique à regarder en tant que scientifique, a conclu Zupan. Il y a plusieurs niveaux dans les blagues. »
Article : Searching for exotic scalars at fusion reactors – Journal : Journal of High Energy Physics – DOI : Lien vers l’étude
Source : Cincinnati U.
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