Hace un siglo, los observatorios magnéticos registraban solo la lenta respiración del núcleo terrestre. Hoy, sus datos se convierten en territorio de caza para la física de partículas. En el observatorio Eskdalemuir, al norte de Inglaterra, cada centésima de segundo se registran las oscilaciones del campo magnético. Diez años de esos registros, 9909 segmentos de ocho horas, se han convertido en una trampa para un fantasma: el fotón oscuro.
El fotón oscuro es una partícula hipotética, similar al fotón pero con masa. Puede interactuar débilmente con la luz ordinaria mediante la mezcla cinética. Si la materia oscura está compuesta de estas partículas, sus oscilaciones colectivas se comportan como una onda clásica. Esa onda sacude el campo magnético de la Tierra, convirtiendo al planeta en una antena gigante sintonizada con el susurro de la materia oscura.
La clave del trabajo es tener en cuenta la conductividad de la atmósfera. Antes, las predicciones teóricas de la señal se limitaban a frecuencias por debajo de 1 Hz y sufrían de infinitos espurios. Ahora, las ecuaciones de Maxwell se resuelven con un perfil de conductividad realista, lo que ha permitido usar por primera vez la resonancia en la cavidad Tierra-ionosfera. La señal se buscó como una línea espectral estrecha con una relación señal-ruido por encima del umbral y estabilidad a lo largo de los años.
Resultado: 342 candidatos, pero ninguno coincide con los candidatos de la búsqueda anterior de SuperMAG. La mayoría son probablemente artefactos instrumentales. En cambio, se obtuvieron límites superiores al parámetro de mezcla ε: alrededor de 5×10⁻¹¹ para una masa del fotón oscuro de 3×10⁻¹⁴ eV (frecuencia ~7.7 Hz). En el rango de masas 10⁻¹⁵–2×10⁻¹³ eV, estos límites superan todas las restricciones terrestres previas. Para masas por debajo de 10⁻¹⁵ eV, la sensibilidad está limitada por el ruido de los datos.
El método abre el camino para usar toda la red de observatorios geomagnéticos como un detector distribuido de materia oscura. El análisis puede extenderse a frecuencias superiores a 100 Hz, donde se predice una segunda resonancia alrededor de 2 kHz. El análisis conjunto de datos de varios observatorios permitirá distinguir la señal del fotón oscuro de las interferencias locales y refinar los límites. Así, el planeta que durante miles de millones de años ha sido el hogar de la vida se convierte en un instrumento para buscar la materia invisible.
La frecuencia de 8 Hz, en la que la señal es máxima, coincide con la frecuencia de la primera resonancia de Schumann, la resonancia electromagnética global excitada por los rayos.
En la novela de Liu Cixin 'El problema de los tres cuerpos', los alienígenas utilizan protones desplegados en estructuras multidimensionales para influir en la física en la Tierra. Aquí, la propia Tierra se convierte en un instrumento para buscar la materia invisible.