¿Y si hubiésemos detectado ya la materia oscura?

Prueba circunstancial que implica la culpabilidad de a materia oscura: fuerte efecto de lente gravitacional. Imagen: NASA, N. Benitez (JHU), T. Broadhurst (Racah Institute of Physics/The Hebrew University), H. Ford (JHU), M. Clampin (STScI),G. Hartig (STScI), G. Illingworth (UCO/Lick Observatory), the ACS Science Team and ESA
Prueba circunstancial que incrimina a la materia oscura: fuerte efecto de lente gravitacional. Imagen: NASA, N. Benitez (JHU), T. Broadhurst (Racah Institute of Physics/The Hebrew University), H. Ford (JHU), M. Clampin (STScI),G. Hartig (STScI), G. Illingworth (UCO/Lick Observatory), ACS Science Team & ESA

Cualquiera que haya leído novela negra o visto una serie de detectives sabe qué son las pruebas circunstanciales: el sospechoso no tiene coartada, tuvo la oportunidad de cometer el crimen, le dio tiempo a llegar y volver, sabía cómo burlar los sistemas de vigilancia, etc. Pero como suele repetir el capitán de policía malhumorado: “Ningún tribunal lo condenaría por eso. Necesitamos pruebas que lo incriminen. ¡Salid ahí fuera y no volváis hasta que las tengáis!” Con la existencia de la materia oscura pasa lo mismo. Conocemos de su existencia sólo a través de pruebas circunstanciales y por ello los investigadores se esfuerzan por encontrar formas de detectarla directamente.

Efectivamente, las observaciones astronómicas apuntan a la existencia de materia no visible (en el sentido de no detectable por métodos electromagnéticos estándar), pero que no sabemos qué es. En la actualidad existen varios experimentos que están intentando encontrar las pruebas incriminatorias que permitan identificar con seguridad al culpable. Los teóricos por su parte están buscando nuevas bases sobre las que sustentar nuevos experimentos, por si acaso. Este es el caso de Christian Beck, de la Universidad de Londres (Reino Unido) que propone el que hasta la fecha pueda ser el experimento más simple: tras la no detección de WIMPs (a este respecto véase esta anotación de Francis) puede parecer más probable que el componente último de la materia oscura sea el axión, si este es el caso podría ser que pudiese detectarse en un dispositivo superconductor relativamente pequeño llamado unión de Josephson. Beck publica [1] sus resultados en Physical Review Letters.

Antes de explicar la propuesta de Beck, hay que recalcar que ya hay otros experimentos en marcha para la detección de estas partículas (aún teóricas). A este respecto recomendamos leer como introducción a qué es esta partícula y la descripción de algunos de estos experimentos La búsqueda de los axiones como candidatos a la materia oscura, también de Francis.

Nuestro sospechoso, el axión, es amigo de los disfraces. Por ejemplo, si has leído el artículo que acabamos de enlazar, habrás visto que el fotón tiene un acoplamiento no nulo con el axión, esto es, podríamos hacer experimentalmente que los fotones en un potente campo magnético se desintegrasen en axiones, que entonces podrían pasar a través de una barrera y resurgir de nuevo como fotones. Esta clase de experimentos se suelen llamar “de luz atravesando paredes”. Beck lo que propone es justo el proceso contrario: quizás los axiones de la materia oscura podrían convertirse en fotones mientras pasan a través de un detector y resurgir como axiones. En el proceso los axiones dejarían señales electromagnéticas detectables.

La hipótesis de Beck lo que dice es que una unión de Josephson podría registrar la aparición de estos fotones. Estas uniones consisten en un bocadillo en el que los panes son de materiales superconductores y la parte del jamón la ocupa un material no superconductor (un metal normal). Beck calcula que los fotones de origen axiónico podrían producir una señal muy pequeña, pero medible.

Beck va un paso más allá. Asegura que una señal anómala registrada en 2004 [2] en Grenoble encaja con la descripción de un axión pasando por una unión de Josephson.

Esta podría ser una de las primeras pruebas incriminatorias buscadas. En cualquier caso hacen falta muchos más experimentos, por no mencionar la comprobación de los datos de Beck por otros investigadores. Pero parece que merece la pena que enviemos a los chicos de criminalística a comprobarlo.

Referencias:

[1] Beck C. (2013). Possible Resonance Effect of Axionic Dark Matter in Josephson Junctions, Physical Review Letters, 111 (23) DOI:

[2] Hoffmann C., Lefloch F., Sanquer M. & Pannetier B. (2004). Mesoscopic transition in the shot noise of diffusive superconductor–normal-metal–superconductor junctions, Physical Review B, 70 (18) DOI:


2 Comentarios

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Francisco R. Villatoro

César, has olvidado mencionar que la masa estimada del axión según el nuevo estudio es de 110 µeV, un valor por encima del rango que puede explorar el experimento ADMX que discuto en mi entrada. Que yo sepa no hay experimentos en curso que buscan axiones con una masa entre 100 y 1000 µeV, lo que indica que la confirmación o refutación de la nueva hipótesis puede tardar más de un lustro.

renecoreneco

Si redefinimos materia como todo aquello que causa una curvatura del espacio-tiempo entonces no habría que buscar lo que se llama materia oscura, sino establecer porqué lo que llamamos materia bariónica es detectable, entonces la definición de materia sería análoga a la definición de tiempo en el sentido de que se definen en base a una recursividad es decir no tienen una definición absoluta

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