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谢尔顿算不出的难题被破解了?

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​ ​对于《生活大爆炸》的忠实粉丝来讲,这一幕或许难以忘怀,谢尔顿·库珀,和莱纳德·霍夫斯塔特站在白板前面,双眉紧蹙。
​ ​他们想要去计算这种聚变反应堆产生轴子(Axion)的概率,最后在那块白板上画了一个无奈的脸,这可是连天才都难以跨越的理论鸿沟。
​ ​不过,现实往往比剧本更具戏剧性
​ ​辛辛那提大学(UC)的尤尔·祖潘(JureZupan)教授与其团队,在今年10月发表于《高能物理学杂志》(JHEP)的研究中,完成了谢尔顿没做到的事:他们在理论上证明了,未来的聚变反应堆完全可以成为制造这种神秘粒子的“工厂”。



幽灵粒子的“借壳重生”
​ ​别先讲讲那个让谢尔顿抓狂的轴子,在物理学界中,它被称作幽灵粒子,是解释暗物质的最优候选之一,暗物质占据了宇宙物质质量的极大部分,可它看不见也摸不着,如同幽灵一般穿过我们的身体,科学家,们之前主要是期望太阳产生轴子,但是探测起来可艰难
​ ​祖潘团队的突破性思维在于,他们不再执着于“仰望星空”,而是转向了地球上最复杂的机器——国际热核聚变实验堆(ITER)。他们提出的核心观点令人耳目一新:利用氘氚聚变反应堆中产生的高通量中子,通过特定的相互作用来“无中生有”地制造轴子。



锂壁上的微观魔法
​ ​这并非是单纯的随便想象,而是有着严谨的物理机制来作为支撑,该项研究由祖潘教授带头,和费米国家实验室、麻省理工学院(MIT)以及以色列理工学院的人士,一同完成,他们把目光集中到反应堆内部的那一层“增殖包层
​ ​当核聚变反应出现之际,带电粒子会,被磁场限制在等离子体里面,可是中子却可以挣脱出去然后撞击反应堆内壁的锂涂层。
​ ​研究指出,这种撞击会引发极其复杂的核反应,或者通过一种被称为“韧致辐射”(bremsstrahlung,即刹车辐射)的过程,在微观层面释放出能量。
​ ​当处于这些高能撞击的时候,轴子很有可就像火花一样从反应堆的金属壁,里边蹦出来,接着穿过屏蔽层,等着被外部的探测器给捕捉到。



能源与真理的共生
​ ​这就引出了一个非常独特且深刻的视角:这项研究正在重新定义“大科学装置”的使命。长久以来,我们习惯将科学设施的功能单一化——对撞机是为了撞出新粒子,聚变堆是为了解决能源危机。但祖潘的研究打破了这堵墙,它提出了一种“寄生物理学”的美妙构想。
​ ​这不仅是物理学的胜利,更是科学资源利用的哲学飞跃。
​ ​正在法国南部建造的人类追寻,人造太阳的能源圣杯,不过此刻它忽然有了改变,极有可能会变成人类历史上最大的暗物质探测器。
​ ​这种一机两用的思路,让百亿级别科研项目的潜在回报率,显著提升了
​ ​当我们为了清洁能源而点燃人造恒星时,顺便解开宇宙起源的谜题,这种性价比简直是科学界的“买一送一”。



超越虚构的现实回响
​ ​要是谢尔顿·库珀是真实存在的,他这会儿估计就会把那块白板擦得干干净净,接下来写上一连串新公式,现实里的物理学家,他没有在困境前摆出个悲伤脸,而是靠着创造力搭建起一座连通能源工程和高能物理的桥梁。
​ ​凭借这个发现,我们知道到,科学领域的重大突破常常就产生于不同学科相互交融的地方,聚变工程师眼里的废料,(也就是逃逸的中子),在粒子物理学家那儿就成为了黄金,这种视角的转变,也许比发现轴子本身更有启发意义。



​ ​当我们在为清洁能源奋斗时,竟然可能顺手抓住了宇宙的幽灵。如果ITER真的在未来几年内探测到了轴子,你认为这是否意味着聚变反应堆将取代粒子对撞机,成为物理学的新宠?或者,这只是谢尔顿式骄傲的一次迟到的“Bazinga”?欢迎在评论区留下你的看法!
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