Científicos proponen cómo detectar axiones
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Muchos descubrimientos científicos son vistos, en sus inicios, como inútiles o, simplemente, divertimentos de laboratorio o experimentos para mostrar en ferias de la ciencia. No obstante, la historia de la ciencia nos ha demostrado que el descubrimiento más aislado y poco útil puede ser la clave para entender grandes enigmas del universo o para encontrar aplicaciones que no habíamos pensado, ¿O es que ya no recordamos el auge de la PCR a causa de la pandemia de Covid? Algo parecido pasa con el espato de Islandia, un mineral del que salen dos misteriosos rayos cuando es iluminado con un solo rayo. Descubierto en 1669, ha sido un objeto ampliamente usado par «entretener» encuentros educativos durante década. Hoy, la propiedad que explica su comportamiento, la birrefringencia, podría explicar la materia oscura.
La materia oscura es uno de los mayores misterios del universo. Aunque no podemos verla ni tocarla, sabemos (o suponemos) que está ahí debido a su influencia gravitacional sobre las galaxias y otras estructuras cósmicas. Sin embargo, su verdadera naturaleza sigue siendo un enigma. Una de las hipótesis más interesantes es que la materia oscura podría estar compuesta por partículas llamadas axiones, que, aunque sean extremadamente difíciles de detectar, podrían estar presentes en todo el universo.
Un reciente experimento, llamado Axion Dark-Matter Birefringent Cavity (ADBC), ha dado un paso innovador en la búsqueda de estas misteriosas partículas. El experimento, dirigido por investigadores del Laboratorio LIGO del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), busca detectar axiones observando cómo afectan a las ondas electromagnéticas en una cavidad óptica especialmente diseñada. Aunque no se ha detectado ningún axión hasta ahora, los resultados obtenidos son fundamentales para mejorar las técnicas de búsqueda futuras.
¿Qué es un axión?
Los axiones son partículas hipotéticas propuestas por primera vez en la década de 1970 como una solución al «problema de la simetría CP fuerte» en la cromodinámica cuántica (QCD), que es la teoría que describe la interacción fuerte entre los quarks y los gluones. Este problema surge de la expectativa de que ciertas interacciones entre estas partículas violen una simetría fundamental conocida como simetría CP (carga-paridad), lo cual no se ha observado experimentalmente. Para resolver esta discrepancia, el físico Roberto Peccei y su colega Helen Quinn propusieron un nuevo mecanismo teórico que introducía una nueva partícula: el axión. Posteriormente, en 1978, Frank Wilczek y Steven Weinberg (de forma independiente) propusieron que el axión sería el bosón de Goldstone de la teoría de Peccei-Quinn, consolidando su importancia en la física de partículas.Aunque en un principio el axión fue concebido para resolver un problema en la QCD, su potencial como componente de la materia oscura lo ha convertido en el foco de investigaciones cosmológicas.
Los axiones tienen características que los hacen candidatos ideales para explicar la materia oscura. En primer lugar, se cree que son partículas extremadamente ligeras, con masas que varían desde fracciones diminutas de un electrónvoltio (eV) hasta valores incluso mucho menores, dependiendo del modelo teórico. En segundo lugar, interactúan de manera muy débil con la materia ordinaria y con la radiación, lo que las hace extremadamente difíciles de detectar en experimentos convencionales. Esta misma interacción débil, sin embargo, es lo que les permite atravesar la materia casi sin ser perturbadas, un rasgo similar al que se asocia con la materia oscura, que tampoco interactúa de manera directa con la luz u otros tipos de radiación.
A pesar de ser partículas ultraligeras, su posible abundancia en el universo hace que jueguen un papel crucial en la cosmología. Los axiones podrían haber sido producidos en grandes cantidades durante los primeros instantes después del Big Bang, y se habrían acumulado formando lo que conocemos como materia oscura. Si bien no interactúan directamente con la materia visible ni con la radiación electromagnética, los axiones podrían influir en el comportamiento gravitacional de las galaxias y los cúmulos galácticos, lo que ayudaría a explicar por qué estas estructuras cósmicas se mantienen cohesionadas.
Con información de Muy Interesante
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