Neben dem Bau der Wasserstoffbombe blieb Andrei Sacharow auch Zeit für die reine Wissenschaft. So entwickelte er mit Tamm während seiner Zeit in Arsamas-16 das Tokamak-Prinzip für künftige Fusionsreaktoren. Tokamak ist die russische Abkürzung für „Torroidale Kammer in Magnetspulen“. In einer solchen Kammer wird das heiße Plasma aus Wasserstoffisotopen mit Magnetfeldern eingesperrt und komprimiert, bis es zur Kernfusion kommt.
Auf diese Weise kann die Energie, die beim Fusionsprozess frei wird, für die Energieerzeugung zu zivilen Zwecken eingesetzt werden. Noch heute ist die Tokamak-Anordnung die Basis mehrerer experimenteller Fusionsreaktoren in der Forschung. Zu den größten Anlagen dieser Art gehören unter anderem der Joint European Torus (JET) in Großbritannien und der noch im Bau befindliche europäische Fusionsreaktor ITER in Frankreich.
Kalte Fusionsprozesse
Eine andere Idee Sacharows, um Fusionsreaktoren zu realisieren, erwies sich leider als Fehlschlag: die myonenkatalysierte oder kalte Fusion. Myonen sind schwerere „Verwandte“ der Elektronen. Nach Vorstellung des Physikers könnten sie dabei helfen, die extremen Temperaturen, die für eine Fusionsreaktion nötig sind, zu reduzieren.
Die Idee dahinter: Da das Myon schwerer ist als das Elektron und der Bahnradius mit steigender Masse abnimmt, hält sich dieses Teilchen sehr viel näher am Wasserstoffkern auf. Dadurch lassen sich diese Atomkerne einfacher verschmelzen. Doch wie Tests ergaben, bleibt das Myon in der Praxis aber zu oft an einem der Zwischenprodukte der Kernfusion haften, sodass keine Nettoenergie aus diesem Prozess gewonnen werden kann.
Ein rätselhaftes Universum
Nach seiner Zeit im Kernwaffenprojekt wandte sich Sacharow auch der Kosmologie zu. Im Fokus seiner Überlegungen stand dabei die Frage, warum es im Universum heute weit mehr Materie als Antimaterie gibt. Denn beim Urknall hätte theoretisch zu jedem Teilchen ein Antiteilchen gleicher Masse aber quasi spiegelbildlicher Ladung und Spin entstehen müssen. Stattdessen aber müssen die Bedingungen im frühen Universum dafür gesorgt haben, dass die Materie überwog – sonst hätten sich Materie und Antimaterie gegenseitig komplett wieder ausgelöscht.
Sacharow war der erste, der die notwendigen Bedingungen für dieses Ungleichgewicht erkannte und formulierte. Die drei von ihm aufgestellten Kriterien werden daher heute als Sacharowkriterien bezeichnet. Zu ihnen gehört auch die Verletzung der Ladungs-Parität (CP), die sich durch winzige Unterschiede im Zerfallsverhalten von Teilchen und ihren Antiteilchen bemerkbar machen kann. Erste Hinweise auf eine solchen CP-Verletzung haben Physiker vor wenigen Jahren nachgewiesen.
