Un reloj atómico avanzado que actúa como un mejor detector de materia oscura

Unos investigadores del JILA han utilizado un reloj atómico de última generación para estrechar la búsqueda de la escurridiza materia oscura, un ejemplo de cómo las continuas mejoras en dichos relojes tienen un valor más allá de medir el tiempo.

 

Relojes atómicos más antiguos que funcionan a frecuencias de microondas han buscado antes la materia oscura, pero esta es la primera vez que un reloj más nuevo, que funciona a frecuencias ópticas más altas, y un oscilador ultra estable para asegurar ondas de luz estables, han sido aprovechados para establecer límites más precisos en la búsqueda. La investigación se describe en la revista Physical Review Letters.

 

Las observaciones astrofísicas muestran que la materia oscura constituye la mayor parte de la "materia" del universo, pero hasta ahora no ha sido capturada. Los investigadores de todo el mundo han estado buscándola de varias formas. El equipo del JILA se centró en la materia oscura ultraligera, que en teoría tiene una masa diminuta (mucho menos que un solo electrón) y una enorme longitud de onda -cuán lejos se propaga una partícula en el espacio- que podría ser tan grande como el tamaño de las galaxias enanas. Este tipo de materia oscura estaría ligada por la gravedad a las galaxias y por lo tanto a la materia ordinaria.

 

Se espera que la materia oscura ultraligera cree diminutas fluctuaciones en dos "constantes" físicas fundamentales: la masa del electrón y la constante de estructura fina. El equipo del JILA utilizó un reloj de retícula de estroncio y un máser de hidrógeno (una versión de microondas de un láser) para comparar sus conocidas frecuencias ópticas y de microondas, respectivamente, con la frecuencia de la luz que resuena en una cavidad ultra estable hecha de un solo cristal de silicio puro. Las relaciones de frecuencia resultantes son sensibles a las variaciones a lo largo del tiempo en ambas constantes. Las fluctuaciones relativas de las relaciones y constantes pueden utilizarse como sensores para conectar los modelos cosmológicos de la materia oscura con las teorías físicas aceptadas.

 

 

Dibujo que muestra un reloj buscando la materia oscura. (Foto: Hanacek/NIST)

 

El equipo del JILA estableció nuevos límites en cuanto a las fluctuaciones "normales", más allá de los cuales cualquier señal inusual descubierta más tarde podría deberse a la materia oscura. Los investigadores limitaron la fuerza de acoplamiento de la materia oscura ultraligera a la masa del electrón y la constante de estructura fina a ser del orden de 10^-5 (1 entre 100.000) o menos, la medición más precisa que jamás se haya hecho de este valor.

 

El JILA es operado conjuntamente por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y la Universidad de Colorado Boulder.

 

Los científicos no están seguros de si la materia oscura consiste en partículas o en campos oscilantes que afectan a entornos locales, señaló Jun Ye del JILA. Los experimentos del JILA tienen como objetivo detectar el efecto de "arrastre" de la materia oscura sobre la materia ordinaria y los campos electromagnéticos, dijo. (Fuente: NCYT Amazings)