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| Un equipo internacional de investigadores, con la participación clave del Grupo de Excelencia PRISMA+ de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia (JGU) y el Instituto Helmholtz de Maguncia (HIM), ha publicado por primera vez datos completos sobre la búsqueda de materia oscura mediante una red mundial de magnetómetros ópticos. |
Los axiones son un candidato popular en la búsqueda de materia oscura. Se han realizado búsquedas anteriores de estas hipotéticas partículas, todas ellas sin resultados. Pero recientemente se han publicado los resultados de una nueva búsqueda de axiones de materia oscura... y tampoco ha encontrado nada. Aun así, el estudio es interesante por la naturaleza y la escala de la búsqueda.
Los axiones son un tipo de partícula hipotética propuesta por primera vez en la década de 1970. No se propusieron para resolver la cuestión de la materia oscura, sino para abordar ciertos aspectos de la teoría de la cromodinámica cuántica, que describe la fuerza nuclear fuerte. Según las teorías, serían partículas de baja masa y sin carga que no interactúan fuertemente con la luz. Suena un poco a materia oscura, ¿no?
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| Imagen de un material magnético que muestra regiones de dominio. Crédito: Usuario de Wikipedia Gorchy |
Si los axiones constituyen la materia oscura, uno de los efectos más sutiles es que su campo cuántico tendría defectos topológicos. Básicamente, los axiones tenderían a agruparse en regiones orientadas a escalas menores que una galaxia, pero mayores que la Tierra. Es similar a la forma en que el hierro no magnetizado contiene cristales, donde cada cristal tiene su propia orientación magnética. Dado que los cristales están orientados de forma aleatoria, a gran escala el campo magnético global del hierro tiene una media de cero. Pero a pequeña escala, hay dominios con un campo magnético uniforme, con paredes de dominio entre cada región.
Este nuevo estudio trata de medir un dominio axión utilizando la Red Global de Magnetómetros Ópticos para la Búsqueda de Física Exótica (GNOME). Se trata de una red de 14 magnetómetros sensibles en laboratorios de todo el mundo. En este estudio concreto se utilizaron nueve de ellos. El experimento consistió en utilizar luz láser para alinear magnéticamente un conjunto de átomos. Si un axión de materia oscura interactuara con los átomos, provocaría un ligero desplazamiento del campo magnético de los átomos, que el magnetómetro podría detectar. Este tipo de pequeña perturbación ocurre aleatoriamente todo el tiempo con los átomos, pero dado que el dominio del campo del axión es mayor que la Tierra, los axiones de cada laboratorio deberían alterar los átomos de la misma manera. Es más, si la Tierra pasara de un dominio de axiones a otro, la perturbación de los axiones debería cambiar de la misma manera en todo el mundo.
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| Esquema de la red mundial de GNOME. Crédito: Hector Masia Roig |
El equipo reunió un mes de datos continuos y realizó correlaciones estadísticas entre los laboratorios. Lo que encontraron fue un lavado de cara. Las perturbaciones atómicas no se distinguían del ruido aleatorio. Eso no significa que el experimento fuera un fracaso. El experimento pone ciertas limitaciones a la posible masa de los axiones. Cualquier teoría que proponga materia oscura axiónica no puede tener partículas axiónicas en este rango. El equipo está avanzando con estudios más sensibles que descubrirán axiones o los limitarán aún más.
En este momento, la búsqueda de materia oscura parece repetir el mismo cuento. Se busca un tipo concreto de partícula de materia oscura y no se encuentra. Pero a menudo es así como funciona la ciencia. Nos encantan las historias del momento eureka, en el que un descubrimiento brillante cambia el mundo. Pero a menudo la ciencia es más bien una excavación, en la que las hipótesis fallidas son raspadas cuidadosamente hasta que lo que queda es la verdad.
Fuentes, créditos y referencias:
Samer Afach et al, Search for topological defect dark matter with a global network of optical magnetometers, Nature Physics (2021). DOI: 10.1038/s41567-021-01393-y
Fuente: Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia, Universe Today