Si la materia oscura está ahí afuera, y ciertamente parece estarlo, entonces, ¿qué podría ser? Ese es quizás el mayor misterio de la materia oscura. Las únicas partículas conocidas que cumplen el requisito de tener masa y no interactuar fuertemente con la luz son los neutrinos. Pero los neutrinos tienen poca masa y atraviesan el cosmos a casi la velocidad de la luz. Son una forma de materia oscura «caliente», por lo que no coinciden con los datos observados que requieren que la materia oscura sea «fría». Con los neutrinos descartados, los cosmólogos buscan varias partículas hipotéticas que no hemos descubierto, y quizás las más populares se conocen como axiones.

Los axiones se propusieron por primera vez en la década de 1970 como una forma de abordar ciertos problemas en nuestra comprensión de la fuerza nuclear fuerte. Según las teorías, los axiones deberían ser partículas masivas que interactúan débilmente con la luz. Dependiendo de la masa propuesta de estas partículas, podrían ser una solución al problema de la materia oscura. Desafortunadamente, los datos que hemos recopilado siguen descartando modelos de axiones. Las mediciones del espín nuclear descartan muchos de los modelos y las observaciones espectrales descartan otros. Hay varias formas de modificar los modelos de axiones, pero los experimentos que intentan específicamente detectar axiones no han dado resultado. Ahora un nuevo experimento podría explicar por qué.

Nuevas simulaciones muestran vórtices similares a cuerdas que podrían arrojar axiones a través del universo primitivo. Créditos: Malte Buschmann, Universidad de Princeton

En lugar de tratar de observar los axiones de forma experimental, este último trabajo utiliza modelos informáticos para simular los primeros momentos del universo. Usando un método conocido como refinamiento de malla adaptativa, el equipo pudo simular regiones del universo primitivo con mayor detalle que antes. Descubrieron que poco después del período inflacionario hay vórtices similares a cuerdas que pueden arrojar partículas de axión a áreas menos densas. Al comparar sus modelos con la escala de agrupamiento de galaxias observada, pudieron predecir la masa de los axiones. La incertidumbre de su valor de masa es grande, pero es un rango de más del doble de lo que pensábamos.

Esto podría explicar por qué han fallado las búsquedas previas de axiones. La mayoría de los experimentos con axiones intentan detectar axiones midiendo su interacción con campos magnéticos. Por ejemplo, una cavidad resonante con un fuerte campo magnético debería empujar cualquier axión que la atraviese. El axión entonces emitiría un destello electromagnético que podríamos detectar. Pero este tipo de experimento solo funciona para axiones menos masivos de alrededor de 20 a 30 microelectrones voltios. Este nuevo estudio predice que los axiones están más cerca de los 65 microelectrones voltios, lo que significa que son demasiado masivos para que los vean los experimentos anteriores. Así que tal vez existan axiones, pero hemos estado buscando en el rango de masa equivocado.

Mackenzie Wooten con un prototipo de un resonador de metamaterial de matriz de cables que se usaría en un haloscopio plasmónico para buscar axiones de materia oscura. Crédito: Karl van Bibber

El equipo continúa analizando cómo se pueden detectar axiones más masivos. Una posibilidad se conoce como haloscopio plasmónico, que es una matriz tridimensional de finos cables que se utiliza para crear un metamaterial de plasma. Los axiones más pesados deberían interactuar con el metamaterial de manera detectable. Pero este tipo de experimento aún está muy lejos.

Los axiones no son la única solución posible para la materia oscura, por lo que, aunque finalmente se descarten, existen otras opciones hipotéticas. Y como muestra este último estudio, los decepcionantes resultados de axión que hemos tenido hasta ahora podrían no ser tan molestos como pensábamos. Sin duda, vale la pena intentarlo en la oscuridad buscando axiones en un rango de masa más alto.

Artículo con fines divulgativos basado en el artículo original en Inglés.
Créditos: Brian Koberlein, Universe Today
Salvo indicación contraria este trabajo está licenciado por el autor bajo la licencia International Creative Commons Attribution 4.0

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