? ?對于《生活大爆炸》的忠實粉絲來講,這一幕或許難以忘懷,謝爾頓·庫珀,和萊納德·霍夫斯塔特站在白板前面,雙眉緊蹙。
? ?他們想要去計算這種聚變反應堆產生軸子(Axion)的概率,最后在那塊白板上畫了一個無奈的臉,這可是連天才都難以跨越的理論鴻溝。
? ?不過,現實往往比劇本更具戲劇性
? ?辛辛那提大學(UC)的尤爾·祖潘(JureZupan)教授與其團隊,在今年10月發表于《高能物理學雜志》(JHEP)的研究中,完成了謝爾頓沒做到的事:他們在理論上證明了,未來的聚變反應堆完全可以成為制造這種神秘粒子的“工廠”。
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幽靈粒子的“借殼重生”
? ?別先講講那個讓謝爾頓抓狂的軸子,在物理學界中,它被稱作幽靈粒子,是解釋暗物質的最優候選之一,暗物質占據了宇宙物質質量的極大部分,可它看不見也摸不著,如同幽靈一般穿過我們的身體,科學家,們之前主要是期望太陽產生軸子,但是探測起來可艱難
? ?祖潘團隊的突破性思維在于,他們不再執著于“仰望星空”,而是轉向了地球上最復雜的機器——國際熱核聚變實驗堆(ITER)。他們提出的核心觀點令人耳目一新:利用氘氚聚變反應堆中產生的高通量中子,通過特定的相互作用來“無中生有”地制造軸子。
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鋰壁上的微觀魔法
? ?這并非是單純的隨便想象,而是有著嚴謹的物理機制來作為支撐,該項研究由祖潘教授帶頭,和費米國家實驗室、麻省理工學院(MIT)以及以色列理工學院的人士,一同完成,他們把目光集中到反應堆內部的那一層“增殖包層
? ?當核聚變反應出現之際,帶電粒子會,被磁場限制在等離子體里面,可是中子卻可以掙脫出去然后撞擊反應堆內壁的鋰涂層。
? ?研究指出,這種撞擊會引發極其復雜的核反應,或者通過一種被稱為“韌致輻射”(bremsstrahlung,即剎車輻射)的過程,在微觀層面釋放出能量。
? ?當處于這些高能撞擊的時候,軸子很有可就像火花一樣從反應堆的金屬壁,里邊蹦出來,接著穿過屏蔽層,等著被外部的探測器給捕捉到。
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能源與真理的共生
? ?這就引出了一個非常獨特且深刻的視角:這項研究正在重新定義“大科學裝置”的使命。長久以來,我們習慣將科學設施的功能單一化——對撞機是為了撞出新粒子,聚變堆是為了解決能源危機。但祖潘的研究打破了這堵墻,它提出了一種“寄生物理學”的美妙構想。
? ?這不僅是物理學的勝利,更是科學資源利用的哲學飛躍。
? ?正在法國南部建造的人類追尋,人造太陽的能源圣杯,不過此刻它忽然有了改變,極有可能會變成人類歷史上最大的暗物質探測器。
? ?這種一機兩用的思路,讓百億級別科研項目的潛在回報率,顯著提升了
? ?當我們為了清潔能源而點燃人造恒星時,順便解開宇宙起源的謎題,這種性價比簡直是科學界的“買一送一”。
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超越虛構的現實回響
? ?要是謝爾頓·庫珀是真實存在的,他這會兒估計就會把那塊白板擦得干干凈凈,接下來寫上一連串新公式,現實里的物理學家,他沒有在困境前擺出個悲傷臉,而是靠著創造力搭建起一座連通能源工程和高能物理的橋梁。
? ?憑借這個發現,我們知道到,科學領域的重大突破常常就產生于不同學科相互交融的地方,聚變工程師眼里的廢料,(也就是逃逸的中子),在粒子物理學家那兒就成為了黃金,這種視角的轉變,也許比發現軸子本身更有啟發意義。
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? ?當我們在為清潔能源奮斗時,竟然可能順手抓住了宇宙的幽靈。如果ITER真的在未來幾年內探測到了軸子,你認為這是否意味著聚變反應堆將取代粒子對撞機,成為物理學的新寵?或者,這只是謝爾頓式驕傲的一次遲到的“Bazinga”?歡迎在評論區留下你的看法!
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