Los recuadros muestran cómo crecen los filamentos y supercúmulos de galaxias con el tiempo, desde miles de millones de años después del Big Bang hasta las estructuras actuales. Crédito: Modificación del trabajo por CXC / MPE / V. Springel
El descubrimiento del axión marcaría un episodio clave en la historia de la ciencia. Esta partícula hipotética podría resolver dos problemas básicos de la física moderna simultáneamente: el problema de la carga y la paridad en la interacción fuerte y el misterio de la materia oscura. Sin embargo, a pesar del gran interés científico en encontrarlo, las búsquedas en altas frecuencias de radio, por encima de 6 GHz, casi se omitieron debido a la falta de tecnología de alta sensibilidad que pudiera construirse a un costo razonable. Hasta ahora.
El Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) participará en una colaboración internacional para desarrollar el experimento DALI (Dark-photons & Axion-Like Workers Interferometer), un astro-telescopio de partículas de materia oscura, cuyo objetivo científico es la búsqueda de axiones y parafotones en la banda de 6 hasta 60 GHz. El prototipo, prueba de concepto, se encuentra actualmente en las fases de diseño y producción en IAC. El libro blanco que describe el experimento fue aceptado para su publicación en Revista de cosmología y física de astropartículas (JCAP).
Predecido por la teoría en la década de 1970, el axión es una partícula hipotética de baja masa que interactúa mal con partículas estándar como nucleones y electrones, así como con fotones. Estas interacciones propuestas se estudian para intentar detectar axiones utilizando diferentes tipos de instrumentos. Una técnica prometedora es estudiar la interacción de axiones con fotones estándar.
Los axiones se mezclan con fotones cuando se exponen a un fuerte campo magnético externo, como los imanes producidos por imanes superconductores en detectores de partículas o utilizados para diagnóstico médico mediante resonancia magnética, y producen una señal de radio o microondas débil. se ha buscado en varios experimentos desde finales de los 80 y esta es solo la señal que ahora queremos detectar con DALI, aunque en un nuevo rango de parámetros casi inexplorado que estará disponible por primera vez gracias a este experimento ”, explica Javier De Miguel, investigador MAK y primer autor del estudio.
Los primeros detectores de axiones, fabricados en las décadas de 1980 y 1990, utilizaron una cavidad resonante que amplificaba la débil señal de microondas predicha del axión dentro de un superimán en un intento de reducirla al rango de potencia detectable por instrumentos científicos. Desafortunadamente, el tamaño de la cavidad es inversamente proporcional a la frecuencia de exploración y, en el caso del axión, las cavidades eran demasiado pequeñas para realizarse a frecuencias superiores a aproximadamente 6 GHz.
Por este motivo, el nuevo experimento combina las técnicas de barrido de alta frecuencia más prometedoras y las incorpora a un proyecto práctico al que también suma las capacidades de los detectores de astropartículas para materia oscura axiónica. Por lo tanto, el DALI consta de un poderoso imán superconductor, un detector de axiones con un resonador novedoso que puede detectar la señal débil inducida por axiones y una montura azimutal que le permite escanear objetos y áreas en el cielo en busca de materia oscura.
De esta manera, DALI puede ayudar a detectar el axión, una partícula pseudoescalar de naturaleza similar al bosón de Higgs, descubierto en 2012 en el CERN y un candidato prometedor para la materia oscura. La materia oscura es un constituyente fundamental del universo que interactúa muy débilmente con la materia ordinaria y por tanto es muy difícil de detectar directamente, pero cuyo descubrimiento nos permitiría explicar las curvas de rotación de las galaxias espirales y por qué la formación de la estructura en el universo se desarrolló como lo hizo hasta ahora entre otros secretos.
Proporcionado por el Instituto de Astrofísica de Canarias