Un pequeño anillo de superconductor, enfriado casi hasta el cero absoluto, puede sentir el roce de una partícula miles de millones de veces más ligera que el electrón. Se trata del axión, una partícula hipotética que quizás constituye la materia oscura que llena el universo. Si los axiones existen, deben interactuar débilmente con la luz, y esa interacción puede convertirse en una señal eléctrica medible.

En el nuevo estudio, los físicos muestran que un axión, al atravesar un anillo superconductor, genera un diminuto flujo magnético. El anillo tiene un punto débil: una fina capa aislante a través de la cual tunelan pares de electrones. Este efecto se llama efecto Josephson y es extremadamente sensible al flujo magnético: incluso un cuanto de flujo cambia la fase de la onda cuántica en 2π. El fondo de axiones, que oscila en el tiempo, hace que ese flujo tiemble, y a la salida se produce un voltaje alterno. Esta "brújula cuántica" podría detectar una interacción axión-fotón de 10 a 100 veces más débil que la que ven los montajes actuales, para un axión con una masa de alrededor de 10⁻¹⁰ eV.

Otro experimento propuesto utiliza un interferómetro de Mach-Zehnder, un dispositivo donde un haz de luz se divide en dos caminos y luego se recombina. Si sobre uno de los caminos actúa un campo magnético que rota lentamente, la luz adquiere una fase geométrica (fase de Berry) que depende de si hay axiones cerca. Este enfoque permite buscar axiones incluso si no constituyen la materia oscura, aunque la sensibilidad es por ahora menor. Finalmente, en un sistema más complejo de fotones y cuasipartículas similares a axiones en un aislante topológico magnético, surge una fase de Berry terahercios que puede medirse; esto serviría como prueba de todo el esquema.

Así, las fases cuánticas se convierten en una nueva herramienta para la caza de la materia oscura. Los circuitos superconductores ya existen en los laboratorios, y la interferometría cuántica avanza rápidamente. Quizás el primer encuentro con el axión no ocurra en un detector gigante, sino en un pequeño anillo donde la fase de la onda se desplace silenciosamente en una fracción imperceptible.