Caza de axiones solares en xenón líquido exprés
En el interior del Sol tienen lugar reacciones que podrían generar partículas ligeras y casi indetectables: los axiones. Una de estas reacciones produce axiones con una energía de 5,49 MeV, como si cada uno llevara la energía del impacto de una pelota de tenis que viaja a 100 km/h. Estas partículas atraviesan la Tierra sin problema, pero de vez en cuando podrían chocar con un átomo de xenón.
Cuando un axión entra en un tanque de xenón líquido, puede convertirse en un par: un electrón y su antipartícula, el positrón. La probabilidad de esta conversión aumenta drásticamente si la masa del axión es cercana al doble de la masa del electrón. El xenón no se eligió al azar: cuanto más pesado es el átomo, mayores son las posibilidades de atrapar un axión, porque la probabilidad crece con el cuadrado de la carga del núcleo.
Los futuros detectores de xenón líquido, como XENONnT y LZ, podrían acumular suficientes datos en varios años de funcionamiento. Con una exposición de 200 toneladas·año, la sensibilidad a la combinación de constantes de acoplamiento alcanzaría 1,59×10⁻¹⁴, y con 1000 toneladas·año, 7,12×10⁻¹⁵. Esto es mejor que las restricciones actuales del detector de neutrinos Borexino y comparable con los futuros gigantes como JUNO y Hyper-Kamiokande.
Si los axiones existen y se acoplan a los fotones, la sensibilidad a la combinación de constantes podría alcanzar 6,76×10⁻¹² GeV⁻¹ con 200 toneladas·año y 3,02×10⁻¹² GeV⁻¹ con 1000 toneladas·año. Esto permitiría probar una amplia clase de modelos teóricos y, posiblemente, ver por primera vez la huella del campo axiónico.
Resumen original
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2608.15699v1
The monochromatic 5.49 MeV solar axions induced by the isovector coupling $$g_{3aN}$$ can be searched for at the dark matter direct detection experiments. In this paper we estimate the prospects of the relevant axion couplings for axion mass $$m_{a} <$$ 1 MeV with xenon targets. Given the axion-electron coupling $$g_{ae}$$, the signal is dominated by the axion-induced $$e^+ e^-$$ pair production whose cross section is largely enhanced when the axion mass approaches twice of the electron mass. Furthermore, the cross section depends on the atomic number squared $$Z^2$$. This allows the next-generation xenon experiments to surpass the current Borexino constraints and provide sensitivities competitive with those of the large neutrino detectors such as JUNO and Hyper-Kamiokande. With an exposure of 200 and 1000 ton$$\cdot$$yr, the couplings $$|g_{3aN} g_{ae}|$$ can be probed down to $$1.59\times10^{-14}$$ and $$7.12\times10^{-15}$$ at 90% C.L., respectively. If the axion couples to photons, the projected sensitivities on $$|g_{3aN}g_{a\gamma}|$$ can touch down to $$6.76\times10^{-12}$$ GeV$$^{-1}$$ and $$3.02\times10^{-12}$$ GeV$$^{-1}$$, respectively.
El axión lleva el nombre de un detergente en polvo, porque se suponía que 'limpiaría' la teoría de un problema.
En la novela 'El problema de los tres cuerpos', de Liu Cixin, se mencionan los axiones como un posible canal de comunicación extraterrestre: casi indetectable, pero omnipresente.