Ένα φαινομενικά άλυτο πρόβλημα, όπως παρουσιάστηκε σε δημοφιλή τηλεοπτική σειρά, βρήκε λύση στο γραφείο ενός καθηγητή πανεπιστημίου. Η ιστορία ξεκινά από ένα παράδοξο μεταξύ ποπ κουλτούρας και θεωρητικής φυσικής.

Ο άνθρωπος που έλυσε τον γρίφο δεν είναι φανταστικός, αλλά ο Jure Zupan, καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Σινσινάτι. Η έρευνά του αφορά την ανίχνευση της σκοτεινής ύλης, ένα θέμα πολύ πιο σημαντικό από ένα τηλεοπτικό αστείο.

Στη σειρά "The Big Bang Theory", οι φυσικοί Σέλντον Κούπερ και Λέοναρντ Χόφσταντερ προσπαθούν επί τρία επεισόδια να λύσουν ένα πρόβλημα παραγωγής υποατομικών σωματιδίων σε αντιδραστήρες σύντηξης, χωρίς επιτυχία. Ο Zupan και οι συνεργάτες του πιστεύουν ότι βρήκαν τη λύση.

Ο Ζούπαν είναι συν-συγγραφέας μελέτης στο επιστημονικό περιοδικό Journal of High Energy Physics, σε συνεργασία με φυσικούς από το Fermi National Laboratory, το MIT και το Technion – Israel Institute of Technology. Η έρευνα επικεντρώνεται στα αξιόνια, υποθετικά σωματίδια που απασχολούν την επιστημονική κοινότητα εδώ και δεκαετίες.

Τα αξιόνια θεωρούνται βασικοί υποψήφιοι για τη σκοτεινή ύλη, μια μυστηριώδης μορφή ύλης που δεν εκπέμπει ούτε απορροφά φως, αλλά ασκεί βαρυτική επίδραση. Η ύπαρξή της συμπεραίνεται από την κίνηση των γαλαξιών και τη δομή του σύμπαντος, με τους φυσικούς να εκτιμούν ότι αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος της ύλης στο σύμπαν.

Η πρόταση του Ζούπαν και των συνεργατών του βασίζεται σε έναν αντιδραστήρα σύντηξης που χρησιμοποιεί δευτέριο και τρίτιο ως καύσιμα και έχει τοίχωμα επενδεδυμένο με λίθιο, όπως αυτός που αναπτύσσεται στη νότια Γαλλία. Εκτός από ενέργεια, παράγει τεράστιες ροές νετρονίων που, αλληλεπιδρώντας με τα υλικά των τοιχωμάτων, μπορούν να προκαλέσουν πυρηνικές αντιδράσεις ικανές να δημιουργήσουν νέα σωματίδια.

Σύμφωνα με τον Ζούπαν, τα νετρόνια αλληλεπιδρούν με τα άτομα των τοιχωμάτων και οι πυρηνικές διεργασίες μπορούν θεωρητικά να οδηγήσουν στη δημιουργία σωματιδίων του λεγόμενου σκοτεινού τομέα. Επιπλέον, όταν τα νετρόνια συγκρούονται με άλλα σωματίδια, απελευθερώνουν ενέργεια μέσω ακτινοβολίας πέδησης, η οποία, υπό συγκεκριμένες συνθήκες, μπορεί να μετατραπεί σε αξιόνια ή παρόμοια σωματίδια.

Στη σειρά, οι ήρωες προσπαθούν να συγκρίνουν την πιθανότητα ανίχνευσης αξιονίων από έναν αντιδραστήρα με εκείνη του Ήλιου, καταλήγοντας σε αποθαρρυντικά αποτελέσματα. Ο Ζούπαν εξηγεί ότι η σύγκριση έχει νόημα, καθώς ο Ήλιος είναι ένα τεράστιο φυσικό εργαστήριο.

Όμως, σε έναν αντιδραστήρα σύντηξης μπορούν να ενεργοποιηθούν διαφορετικές διεργασίες από αυτές που συμβαίνουν στον Ήλιο. Αυτό ανοίγει τον δρόμο για την παραγωγή αξιονίων με ανιχνεύσιμα χαρακτηριστικά. Η ιδέα δεν ήταν λάθος, αλλά χρειαζόταν διαφορετική φυσική προσέγγιση από αυτήν που υπονοούσε το σενάριο της σειράς.

Ειρωνικά, η σειρά δεν αναφέρεται ρητά στα αξιόνια, αλλά χρησιμοποιεί εξισώσεις ως κρυφό αστείο για θεατές με επιστημονικό υπόβαθρο. Η σειρά είναι γνωστή για την ενσωμάτωση επιστημονικών εννοιών και τις εμφανίσεις επιστημόνων, κάτι που την καθιστά απολαυστική για τους επιστήμονες, σύμφωνα με τον Ζούπαν.

Πέρα από την πολιτισμική σύμπτωση, η μελέτη έχει επιστημονική σημασία. Αν οι αντιδραστήρες σύντηξης μπορούν να λειτουργήσουν και ως εργαστήρια σωματιδιακής φυσικής, ανοίγεται ένας νέος δρόμος για την έρευνα της σκοτεινής ύλης, επιτρέποντας πειράματα που μέχρι σήμερα βασίζονται σε αστροφυσικές πηγές ή υπόγειους ανιχνευτές.

Η σκοτεινή ύλη παραμένει ένα από τα μεγαλύτερα αινίγματα, καθώς δεν αλληλεπιδρά με το φως και η ανίχνευσή της γίνεται έμμεσα μέσω της βαρύτητας. Τα αξιόνια αποτελούν μία από τις πιο ελκυστικές θεωρίες και η αναζήτησή τους με νέους τρόπους θα είχε σημαντικές συνέπειες.

Η σειρά "The Big Bang Theory", που προβλήθηκε από το 2007 έως το 2019, δείχνει πόσο διαπερατά είναι τα όρια ανάμεσα στη δημόσια εικόνα της επιστήμης και την πραγματική της πρακτική.

Για τον Ζούπαν, αυτό φωτίζει τη δουλειά του από μια απρόσμενη γωνία, δείχνοντας ότι η φυσική είναι και τρόπος επικοινωνίας ιδεών και έμπνευσης περιέργειας. Το ότι ένας γρίφος της τηλεόρασης μπορεί να λειτουργήσει ως αφετηρία για να μιλήσει κανείς για τη σκοτεινή ύλη ίσως να είναι το πιο επιτυχημένο πείραμα επικοινωνίας της επιστήμης.