Imaginen un receptor de radio en el que un solo mando de sintonía mueve a la vez todas las bobinas internas, como si fueran un único organismo. Así funciona el nuevo instrumento para buscar el axión, la partícula que tal vez llena las galaxias de masa invisible. Dentro de un cilindro de cobre de la altura de un frasco de café se esconden barras de óxido de aluminio. Al girar el eje, todas se acercan o se separan al unísono, y así cambia la frecuencia a la que está sintonizado el resonador. Esta mecánica se inspira en el kirigami, el arte de recortar y plegar papel, donde un solo corte hace que toda la estructura se mueva de forma coordinada.
Un resonador convencional busca el axión en el modo fundamental: la frecuencia sube si se reduce el tamaño de la cavidad. Pero entonces cae el volumen y, con él, la probabilidad de atrapar la partícula. Los modos superiores resuelven ese problema: la frecuencia sube sin perder volumen, aunque el campo eléctrico interno empieza a cancelarse a sí mismo y la señal se debilita.
Aquí entran en juego las barras dieléctricas: redistribuyen el campo de modo que vuelve a interactuar eficazmente con el campo magnético. El factor de forma, es decir, la medida de esa coincidencia, sube desde casi cero hasta 0.55 del valor ideal.
Pero los modos superiores son caprichosos: al reajustar la frecuencia, la simetría del campo se rompe con facilidad y la señal desaparece. El mecanismo auxético resuelve también este problema. Los materiales auxéticos son los que, al estirarse, se vuelven más gruesos en lugar de más delgados. Aquí esa propiedad se usa a la inversa: girar el eje central hace que las barras se separen estrictamente en dirección radial, conservando la forma del campo. El resultado es un resonador que se puede sintonizar con suavidad, como un receptor de radio, sin perder sensibilidad.
El montaje se enfrió hasta 40 milikelvin, más frío que el espacio interestelar, y se colocó en un campo magnético de 9.8 teslas, cientos de miles de veces más intenso que el terrestre. La señal se amplificaba con un amplificador cuántico basado en una unión Josephson, que añade el mínimo de ruido posible.
Dos nuevos escaneos cubrieron el rango de 4.98 a 5.07 gigahercios, lo que corresponde a una masa del axión de 20.61 a 20.95 microelectronvoltios. Sumados a las mediciones anteriores, se obtuvo una cobertura continua de casi 300 megahercios, algo inédito para un solo resonador en un modo superior.
La sensibilidad alcanzó 1.8 veces el valor de referencia KSVZ, el modelo teórico que predice la fuerza del acoplamiento del axión con el fotón. Esto significa que quedaron excluidos acoplamientos aproximadamente dos veces más fuertes que la predicción. Tras volver a escanear no quedó ningún candidato, así que se establecieron límites superiores con un 90% de confianza. El trabajo no atrapó el axión, pero demostró que los modos superiores ya no son un callejón sin salida: se han convertido en una herramienta práctica.
Ahora este resonador camaleón está listo para nuevas cacerías. El principio puede trasladarse a modos aún más altos, donde la frecuencia crece 3.6 veces y los dieléctricos son capaces de recuperar la señal hasta 0.45 del valor ideal. Quizá sea así como por fin logremos oír el susurro de la materia oscura entre el ruido del cosmos.
Los materiales auxéticos, al estirarse, se vuelven más gruesos en lugar de más delgados, como ocurre con los normales. En el mecanismo de ajuste se aprovecha esta propiedad a la inversa: girar el eje hace que las barras se separen o se junten a la vez, cambiando la frecuencia del resonador igual que se sintoniza una radio.
En la novela «El problema de los tres cuerpos», de Liu Cixin, la materia oscura sigue siendo un enigma que la humanidad intenta resolver con aceleradores gigantescos. Los haloscopios de axiones, como el aquí descrito, ofrecen una vía más silenciosa: escuchar el cosmos en el rango de las microondas con la esperanza de captar el susurro de un campo invisible.