بازینگا! فیزیکدان UC معمای «نظریه بیگ بنگ» را حل میکند
فیزیکدانان نظریهپرداز میگویند راکتورهای همجوشی میتوانند به روشنسازی ماده تاریک کمک کنند
فیزیکدانی از دانشگاه سینسیناتی و همکارانش به مسألهای که دو فیزیکدان خیالی مشهور ایالات متحده نتوانستند حل کنند، پاسخ دادند: به صورت نظری چگونگی تولید ذرات زیراتمی به نام آکسیونها در راکتورهای همجوشی.
فیزیکدانان ذرهای شلدون کوپر و لئونارد هافستاتر، هماتاقیهای سریال کمدی شبکه CBS «نظریه بیگ بنگ»، در سه قسمت از فصل پنجم به این مسأله پرداختهاند اما نتوانستند آن را حل کنند.
اکنون پروفسور فیزیک دانشگاه UC، ژوره زوپان، و همنویسندگان نظریهپرداز خود در آزمایشگاه ملی فِرمی، MIT و تکنونیون – مؤسسهٔ فناوری اسرائیل، فکر میکنند راهحلی پیدا کردهاند؛ این یافته در مقالهای که در «ژورنال فیزیک انرژیبالا» منتشر شده است، آمده.
آکسیونها ذرات فرضی هستند که فیزیکدانان احتمال میدهند میتوانند به توضیح ماده تاریک کمک کنند. پژوهشگران به ماده تاریک علاقهمندند چون به توضیح تکامل جهان پس از تولد آن در نظریهٔ بیگ بنگ، تقریباً ۱۴ میلیارد سال پیش، کمک میکند.
مادهٔ تاریک تا به حال بهصورت مستقیم مشاهده نشده است، اما فیزیکدانان بر این باورند که بخش عمدهٔ جرم جهان را تشکیل میدهد. مادهٔ تاریک به این دلیل «تاریک» نامیده میشود که برخلاف مادهٔ عادی، نور را جذب یا بازتاب نمیکند. با این وجود، فیزیکدانان وجود آن را از طریق اثرات گرانشیاش شناسایی کردهاند؛ این اثرات بر حرکت کهکشانها در کیهان و ستارگان درون آنها تأثیر میگذارد. یکی از اصلیترین احتمالهای نظری برای مادهٔ تاریک این است که ذرهای بسیار سبک بهنام آکسیون باشد.
استاد UC، ژوره زوپان، رازهای مادهٔ تاریک را مطالعه میکند. عکس/جوزف فاکوا دوم/UC
در مقالهای که نوشتند، زوپان و همکارانش راکتور همجوشیای را بررسی کردند که با دئوتریم و تریتیوم در یک مخزن پوشیدهشده با لیتیوم، که در یک همکاری جهانی در جنوب فرانسه در حال توسعه است، تغذیه میشود. چنین راکتوری نه تنها انرژی تولید میکند، بلکه به دلیل شارژ بالایی از نوترونهای تولیدشده در واکنش همجوشی، میتواند ذرات بخش تاریک را نیز تولید کند.
او گفت: «نوترونها با مواد موجود در دیوارهها تعامل میکنند. واکنشهای هستهای حاصل میتوانند ذرات جدیدی ایجاد کنند.»
دومین راه برای ایجاد ذرات جدید این است که نوترونها از ذرات دیگر پرش میکنند و سرعتشان کاهش مییابد، که انرژی به صورت پرتوگیری ترمزی آزاد میشود.
ذرات جدید میتوانند آکسیونها باشند، یا حداقل ذراتی شبیه به آکسیون.
ایدهٔ کلی مقالهٔ ما سالها پیش در «نظریه بیگ بنگ» بحث شد، اما شلدون و لئونارد نتوانستند آن را عملی کنند.
ژوره زوپان، فیزیکدان UC
و این همان نقطهای است که فیزیکدانان خیالی این سریال شکست خوردند، زوپان گفت.
سریال «نظریه بیگ بنگ» از سال ۲۰۰۷ تا ۲۰۱۹ پخش شد و هفت جایزه امی کسب کرد. طبق نظر نیلسن، این برنامه همچنان یکی از پرتماشایترین برنامههای هر سرویس پخش آنلاین است.
ژوره زوپان گفت: «ایدهٔ کلی مقالهٔ ما سالها پیش در «نظریه بیگ بنگ» بحث شد، اما شلدون و لئونارد نتوانستند آن را عملی کنند.»
در یک قسمت، تخته سفیدی حاوی یک معادله و نموداری بود که زوپان میگوید چگونگی تولید آکسیونها از خورشید را توصیف میکند. در قسمت بعدی، معادلهای دیگر بر روی تختهای دیگر ظاهر شد. زیر محاسبات، با رنگ متفاوتی، یک چهرهٔ غمگین واضح دیده میشود.
زوپان گفت معادلهٔ لئونارد و شلدون احتمال شناسایی آکسیونها از راکتور همجوشی پیشنهادی آنها را نسبت به خورشید برآورد میکند — که نتایج غیرمشوقی دارد، به همین دلیل چهرهٔ غمگین ظاهر شده است.
او گفت: «خورشید جسم عظیمی است که مقدار زیادی انرژی تولید میکند. احتمال تولید ذرات جدید در خورشید که به سمت زمین جریان یابند، بیشتر از احتمال تولید آنها در راکتورهای همجوشی است که از همان فرآیندهای خورشید استفاده میکنند. با این حال، میتوان آنها را در راکتورهایی با مجموعهای متفاوت از فرآیندها نیز تولید کرد.»
شخصیتهای این سریال هرگز دربارهٔ آکسیونها یا تختههای سفید در قسمتها صحبت نمیکنند. اینها صرفاً یک «ایدی» برای فیزیکدانان در سریالی است که به خاطر استفاده از مفاهیم علمی مانند گربهٔ شرودینگر و اثر داپلر در داستانهای خود، همراه با حضور مهمانان نوبلبرنده و فارغالتحصیلان «استار ترک» شناخته شده است.
زوپان گفت: «به همین دلیل تماشا کردن این سریال برای یک دانشمند فوقالعاده است. این شوخیها لایههای متعددی دارند.»
تصویر برجسته در بالای صفحه: پژوهشگران مسألهای در فیزیک ذرات را بررسی کردند که در سریال «نظریه بیگ بنگ» بهعنوان موضوعی برجسته نشان داده شد. عکس/CBS
استاد فیزیک دانشگاه UC، ژوره زوپان، فیزیکدان نظریهپرداز انرژیبالا است که به بررسی موضوعاتی همچون مادهٔ تاریک میپردازد. عکس/جوزف فاکوا دوم/UC
کشفی نوین و پیشگامانه
UC به عنوان یک مؤسسه تحقیقاتی کارنگی ۱، نیرویی پیشرو در کشف و تاثیر است. از پژوهشهای پیشگامانه در زمینه پزشکی تا مهندسی تحولساز و نوآوریهای اجتماعی، اعضای هیئت علمی و دانشجویان ما پیشرفتهایی را بهسوی سراسر جهان هدایت میکنند.
تحقیقات UC را کشف کنید.