Una orquesta de cien violines toca en una sala enorme. El director está frente a ellos, pero no consigue que los instrumentos suenen al unísono: cada arco se mueve a su propio ritmo y la música se deshace en ruido. Algo parecido ocurre con el problema de la búsqueda de axiones: partículas de materia oscura que, según se cree, nos atraviesan cada segundo y solo se convierten en fotones de microondas cuando las condiciones coinciden con enorme precisión. Para oír ese susurro hacen falta un micrófono sensible y un conjunto perfectamente afinado.
El instrumento DALI capta esa señal con un conjunto de placas dieléctricas paralelas colocadas dentro de un campo magnético. Cuando un axión atraviesa una de esas placas, en su superficie nace una débil onda electromagnética. De cada placa la onda sale hacia su propio lado y, si sus fases no coinciden, se cancelan entre sí. Pero si las placas se colocan a las distancias correctas, sus radiaciones se suman como las voces de un coro que canta una misma nota. Esa es la suma coherente, el primer mecanismo de amplificación.
El segundo mecanismo es la acumulación resonante. Entre las placas y un espejo conductor se forma un resonador Fabry–Perot semiabierto: la luz rebota una y otra vez entre el espejo y la red. Con el ajuste adecuado, la onda que ha hecho muchos recorridos se refuerza a sí misma y la señal débil se acumula hasta un nivel medible. El resultado clave del trabajo es que estos dos mecanismos son independientes. La coherencia de las superficies determina cuánta energía entra en el modo en un solo paso, y el factor de calidad del resonador determina cuántas veces logra reflejarse la onda antes de apagarse.
Los autores descompusieron la potencia a la salida del instrumento en cuatro factores: la potencia de referencia del espejo magnetizado, la proyección transversal de la fuente sobre el modo deseado, el factor de calidad cargado y el coeficiente de extracción de energía por el puerto. Resultó que la proyección transversal es el único factor que depende del patrón de fase de la radiación de las placas. Todo lo demás viene determinado por la geometría del resonador y no cambia al reajustar la red.
La conclusión práctica es sencilla: para calibrar DALI no hace falta modelar una fuente distribuida de axiones. Basta con iluminar el instrumento con una fuente externa de microondas y medir el factor de calidad y el coeficiente de acoplamiento, ya que estos parámetros se trasladan a la excitación por axiones sin cambios. Una calibración así elimina el principal obstáculo para diseñar haloscopios de nueva generación.
La orquesta vuelve a reunirse en la sala. Ahora el director sabe que, para que los violines suenen al unísono, no hace falta reeducar a cada músico: basta con colocar bien los atriles y elegir el tempo. Lo mismo ocurre en DALI: la coherencia de las superficies se ajusta una sola vez y el resonador hace el resto del trabajo, acumulando la débil señal de axiones hasta un nivel audible. Esto abre el camino a la búsqueda de materia oscura en frecuencias donde los detectores anteriores eran sordos.
El prototipo DALI utiliza placas cerámicas de óxido de circonio estabilizado con itrio de solo 1 mm de espesor, y el factor de calidad crece linealmente con el número de capas hasta 20, independientemente de si su número es par o impar.