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Miércoles, 15 febrero 2017
Física

Nueva búsqueda del axión, una hipotética y fantasmal partícula subatómica

Un dispositivo de detección diseñado y construido por la Universidad Yale en Estados Unidos está delimitando la búsqueda de la materia oscura en la forma de los axiones, una partícula subatómica teórica que podría constituir hasta el 80% de la materia del universo.

 

El proyecto lo dirige el físico Steve Lamoreaux.

 

En la comunidad científica se planteó por vez primera la existencia del axión a finales de la década de 1970. En la de 1980, se avanzó en su descripción teórica y el concepto cobró forma más detalladamente. Se supone que esta partícula reacciona gravitacionalmente con la materia, aunque no parece tener otras interacciones.

 

Los axiones, si es que existen, deben tener una masa muy baja. Si asumimos que la masa está directamente relacionada con la energía, se requiere muy poca energía para producirlos.

 

En la física cuántica, cada partícula es descrita como una onda. La longitud de onda corresponde a la energía de la partícula. Partículas pesadas tienen longitudes de onda pequeñas, pero los axiones, de baja energía, podrían tener longitudes de onda de muchos kilómetros.

 

Se ha especulado asimismo con que los axiones puedan acumularse alrededor de un agujero negro y extraer energía de la acción de este.

 

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Con el nuevo dispositivo, el equipo de la Universidad Yale ha dado un paso más hacia la respuesta a la pregunta de si los axiones existen. (Foto: Yale University)

 

La materia oscura es una clase exótica e hipotética de materia que pasa del todo desapercibida excepto por su aparente influencia gravitacional. Los científicos llegaron a la conclusión, años atrás, de que hay materia extra y oculta, distribuida de un modo que tampoco se corresponde con la simple presencia de agujeros negros convencionales. Esta misteriosa materia extra escondida es la responsable de que las galaxias no se fragmenten en tiras cuando giran sobre sí mismas. La gravedad es el "pegamento" que mantiene a las estrellas y a los planetas juntos dentro de sus galaxias, pero no hay suficiente materia visible en el universo para generar la cantidad de gravedad necesaria para evitar que las galaxias se disgreguen en jirones.

 

Además de extraña e "invisible", la materia oscura es abundante. Se calcula que la gran mayoría de la materia en el universo (más de las tres cuartas partes) se compone de ese material "oscuro" que no parece emitir radiación electromagnética alguna.

 

De la naturaleza de la materia oscura no se sabe casi nada.

 

El axión, que carece de carga así como de espín, y que tendría, como hemos dicho, una minúscula cantidad de masa, posee todas las propiedades necesarias para convertirse en un convincente candidato a la identidad de la materia oscura. La densidad observada de la materia oscura en nuestra galaxia precisa de aproximadamente 10 billones de axiones por centímetro cúbico; sin embargo, sus interacciones directas con la materia ordinaria son tan débiles que su detección requiere técnicas experimentales extremadamente sensibles.

 

Usando un nuevo instrumento construido en el laboratorio Wright de la Universidad Yale, Lamoreaux y sus colegas ampliaron los posibles parámetros para la detección de axiones. Su estudio demuestra la sensibilidad instrumental requerida para detectar axiones que son 10 veces más pesados que aquellos buscados en experimentos anteriores.

 

Los detectores de axiones usan campos magnéticos intensos para convertir axiones en fotones de microondas detectables a una frecuencia específica determinada por su desconocida masa. En los experimentos anteriores, se buscaron axiones de baja masa. Empujar las investigaciones hacia masas más altas ha sido complicado para los científicos porque precisan de detectores de alta frecuencia que son físicamente más pequeños, y las señales de la conversión de los axiones en tales casos son más débiles.

 

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