búsqueda de materia oscura axiónica

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.

En el sótano del laboratorio zumba un imán de 8 teslas. Dentro, como una campana en un campanario, cuelga un cilindro hueco de cobre afinado a una única nota. Si un axión, partícula de materia oscura, pasara cerca, el cilindro respondería con un débil tañido.

El bosque nocturno está lleno de luciérnagas, pero antes solo veíamos las que por casualidad se cruzaban con el haz de nuestra linterna. Así ocurría con las fuentes ultraluminosas de rayos X: puntos en otras galaxias que brillan en rayos X más de lo que podría emitir de forma estable un agujero negro de masa estelar.

264 kilómetros por segundo: a esa velocidad el sistema solar atraviesa una nube de materia oscura. Su existencia fue delatada por las galaxia: giraban demasiado rápido para que la masa visible las mantuviera unidas, y Vera Rubin fue la primera en sospechar un armazón oculto.

Un faro en alta mar no solo gira: su lámpara por sí misma a veces se atenúa y a veces se aviva. Más o menos así se comportan las enanas blancas magnéticas, restos superdensos de estrellas como nuestro Sol.

Hace medio siglo, Fritz Zwicky notó que la materia visible en los cúmulos de galaxias era catastróficamente insuficiente para explicar la gravedad.

En la oscuridad total de una cámara de vacío flota un diminuto imán. No toca las paredes y apenas pierde energía: un guardián perfecto, listo para captar el más leve empujón. Ese guardián es justo lo que se necesita para cazar axiones. Estas partículas son las principales sospechosas del caso de la masa oculta del universo, a la que llamamos materia oscura.

El universo está impregnado de masa invisible: la materia oscura, cuya existencia fue propuesta por primera vez por Fritz Zwicky en la década de 1930, al observar el movimiento de las galaxias en los cúmulos.

Un móvil infantil: las figuras cuelgan de hilos y responden a cualquier soplo. De manera similar, los planetas en órbitas muy amplias apenas son sostenidos por la gravedad de la estrella — y sienten las más leves «corrientes» gravitacionales. Los astrónomos propusieron convertir esos planetas en detectores de materia oscura.

Un océano que impregna todo el espacio permanece invisible para nosotros. Ese océano es la materia oscura, y las olas en su superficie son partículas llamadas axiones. Son tan ligeros y escurridizos que atraviesan la Tierra sin siquiera notarla.

Un traductor trabaja en una sala ruidosa. El murmullo de voces, el tintineo de los platos, fragmentos de conversaciones ajenas: parece que debería equivocarse constantemente. Pero al final del día, sus notas coinciden perfectamente con las que habría tomado en el silencio de su despacho. Más o menos así se comporta la regla cuántica que los físicos llaman anomalía axial.

La historia comenzó con un desconcierto: en los años 30, Fritz Zwicky notó que los cúmulos de galaxias se comportaban como si ocultaran una enorme masa invisible.

La materia oscura es una sustancia invisible que se manifiesta solo a través de su influencia gravitatoria: curva la luz de galaxias lejanas, como una ventana invisible que desvía los rayos.

La historia comenzó hace casi un siglo, cuando Edwin Hubble demostró que las galaxias se alejan, y Fritz Zwicky y Vera Rubin comprendieron después que para explicar sus movimientos era necesaria una masa invisible: la materia oscura.

Un faro gira en medio de una niebla espesa. Su haz atraviesa la oscuridad, pero la niebla misma permanece invisible. Así, más o menos, buscan los astrónomos la materia oscura: no emite luz, pero puede influir en las señales que nos llegan.

La luz, al pasar cerca de un agujero negro, cae en una trampa gravitacional: su trayectoria se curva, y la partícula rebota en una órbita casi cerrada, como una bola de pinball.

El Universo está lleno de materia invisible que gobierna el movimiento de las galaxias. En los años 1970, la astrónoma Vera Rubin demostró que sin la materia oscura, las estrellas de las afueras se habrían dispersado hace tiempo. Pero de qué está hecha sigue siendo un misterio.

La materia oscura es invisible, pero su gravedad gobierna el movimiento de las galaxias. De qué está hecha es un misterio. Una idea: son partículas ultraligeras, parecidas a los axiones.

En una ciudad ruidosa intentas oír un grillo. Es silencioso y alrededor rugen los coches. Para captar su chirrido, colocas un micrófono sensible y pulsas el botón de reducción de ruido. De manera similar, los físicos cazan axiones, partículas hipotéticas que podrían ser esa materia oscura que mantiene unidas las galaxias.

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.

En el Gran Colisionador de Hadrones, los protones chocan a casi la velocidad de la luz. A veces no se rompen, sino que intercambian fotones, las partículas de la luz. Estos fotones pueden crear un par: una partícula que el detector ve y otra que se escapa sin ser detectada.

El kaón es una partícula longeva según los estándares del micromundo: vive milmillonésimas de segundo antes de descomponerse en partículas más ligeras. En el experimento KOTO en Japón se capturan las variantes más raras de esta desintegración.

Los agujeros negros no son abismos silenciosos, sino diapasones naturales. Su rápida rotación, predicha por Roger Penrose, hace cantar al propio espacio-tiempo, generando una corriente de las partículas más ligeras: los axiones.

En lo profundo de una mina canadiense hay un barril con 3269 kilogramos de argón líquido, un líquido transparente parecido al agua muy fría. Este barril es el detector DEAP-3600, y su misión es atrapar partículas de materia oscura, que se cree que impregnan el universo pero apenas interactúan con la materia ordinaria.

En los Alpes suizos hay un profundo pozo vertical que desciende 800 metros, como dos rascacielos puestos uno encima del otro. Cerca pasa un túnel ferroviario, y los trenes retumban allí todos los días. Pero dentro del pozo reina la calma, como en una biblioteca de noche.

El universo se mantiene unido por un armazón invisible de materia oscura. Tal vez una parte de ella sean fotones oscuros, copias fantasmales de la luz que atraviesan la materia. El experimento Dandelion convirtió un espejo esférico en un oído supersensible: recoge los fotones oscuros y los traduce al lenguaje de las ondas de radio.

En las profundidades de los Apeninos italianos, bajo toneladas de roca, hay un cristal que capta cada desintegración del americio radiactivo. El americio emite rayos gamma con una energía de 59,5 kiloelectronvoltios, como un timbre muy agudo que siempre suena igual.

En un detector de materia oscura, el gas actúa como una película fotográfica: una partícula que lo atraviesa deja un rastro de electrones libres e iones. Pero cuán brillante sea ese rastro depende de cómo la partícula disipa su energía en el gas. Para iones ligeros, como el flúor, los datos hasta ahora eran imprecisos.

La luz de la estrella HD 163296 atraviesa el disco de gas y polvo que la rodea, como el haz de una linterna a través de agua turbia. Las partículas del disco dispersan la luz y esta adquiere una propiedad especial: la polarización. Las ondas comienzan a oscilar en un solo plano, como una cuerda que se agita estrictamente hacia arriba y hacia abajo.

En la oscura cámara del detector, el argón espera. Cuando una partícula invisible lo atraviesa —por ejemplo, una candidata a materia oscura—, empuja ligeramente el núcleo de un átomo de argón. El núcleo se desprende de su lugar y a su alrededor se generan cargas. Cuántas cargas exactamente no es una pregunta trivial: por su número, los físicos deducen qué visitante ha pasado.

En el corazón de los Alpes se esconde el Gran Colisionador de Hadrones. De vez en cuando sus detectores registran picos repentinos: los científicos los llaman UFO (objetos no identificados en caída). Según una teoría, no son fallos del equipo, sino rastros de materia oscura.

Una bala que no atraviesa un solo blanco, sino que deja su huella en varias capas de blindaje. Así se comporta aproximadamente la materia oscura superpesada que se ha buscado por primera vez en el detector DarkSide-50.

Un resonador metálico, enfriado casi hasta el cero absoluto, escucha el ruido de radio del universo. Entre el caos de las fluctuaciones térmicas y la electrónica, podría aparecer un pico débil: el rastro de un axión, una partícula que quizás constituye la materia oscura.

Una olla en el fogón suena cuando el agua hierve. Una taza de cobre vacía también puede 'sonar' a frecuencias de radio si dentro de ella nace una partícula de materia oscura. Estas partículas se llaman axiones y, según una hipótesis, llenan toda la galaxia con una nube invisible.

La materia oscura es un pegamento invisible que mantiene unidas a las galaxias. Ya en los años 1930, Fritz Zwicky sospechó de su existencia, y en los 1970 Vera Rubin demostró que sin ella las estrellas se dispersarían.

El láser de rayos X LCLS-II en California dispara destellos cortos y potentes, como un estroboscopio en una discoteca. Entre destellos quedan pausas oscuras de 26,9 nanosegundos (milmillonésimas de segundo).

En el detector BESIII, las partículas representan una obra de teatro: chocan, nacen y se desintegran, dejando destellos de luz. Pero a veces un actor puede salir del escenario sin ser visto, por una puerta secreta que las cámaras no captan. Los físicos buscaban precisamente esas desintegraciones "silenciosas", en las que una partícula se convierte en algo invisible para los instrumentos.

La materia oscura es cinco veces más masiva que la materia ordinaria, pero no emite luz. Su naturaleza es desconocida. Uno de los candidatos son los axiones, partículas ultraligeras. Pueden atravesar el planeta de lado a lado, casi sin notar los átomos.

La materia oscura es una sustancia invisible que mantiene unidas a las galaxias, pero no emite luz. Atrapar sus partículas es como escuchar un susurro en una sala ruidosa. Los detectores comunes solo oyen los golpes fuertes, mientras que las señales débiles se ahogan entre el ruido.

Un imán de nevera se sostiene gracias a diminutas agujas internas, cada una como una brújula en miniatura. Si golpeas el metal con un destello de luz ultracorto, esas agujas empiezan a agitarse caóticamente y el magnetismo se derrite en una millonésima de milmillonésima de segundo. Antes, ese 'derretimiento' era demasiado rápido para poder verlo.