A materia ordinaria representa apenas o 5% do Universo. O resto segue sendo un misterio para a Humanidade: non sabemos de que está composta, nin como se comporta. Estímase que a maior parte é enerxía escura, e o resto (ao redor dun 27%) é a materia escura, unha substancia que ten masa, e que se delata pola súa atracción gravitatoria sobre as galaxias, pero que non emite nin absorbe luz e que nunca foi detectada directamente nun laboratorio. Con todo, a comunidade científica non desiste e insiste, desde moi diversas perspectivas, para observar algún sinal.
Gonzalo Alonso-Álvarez, investigador Ramón y Cajal no Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE), centro mixto da USC e a Xunta de Galicia, participou nun experimento para intentar detectar axións, un tipo de partículas hipotéticas que son candidatas para formar a materia escura. Os axións, de existir, serían extremadamente lixeiros (miles de millóns de veces máis lixeiros que o electrón) e impregnarían o espazo como un campo invisible e ondulante, producindo perturbacións periódicas e moi sutís no interior de certos núcleos atómicos.
Ións atrapados nun cristal preto do cero absoluto
No experimento utilizáronse ións de europio-153 embebidos nun cristal de silicato de itrio, arrefriado a -268 °C. Segundo explica o investigador do IGFAE, “o europio-153 ten un núcleo cunha forma especial que o fai particularmente sensible á perturbación que produciría un campo de axións”. Mediante espectroscopía de precisión, os investigadores monitorizaron os niveis de enerxía dos espíns nucleares do europio, buscando ese sinal característico que deixaría a materia escura. A análise estatística foi deseñada para aproveitar as propiedades específicas dese sinal — oscilante e coherente, con características determinadas pola física do campo galáctico de axións — o que permite distinguila do ruído aleatorio do experimento.
Sen sinais, pero con avances
Este experimento non atopou ningún sinal de materia escura. Pero, como advirte Gonzalo Alonso, “iso é un resultado en si mesmo: os datos permiten establecer un dos límites de laboratorio máis estritos ata a data sobre como poden interactuar os axións cos quarks e gluóns do núcleo atómico, nun rango de masas que abarca oito ordes de magnitude”. Engade que “estes límites son ademais complementarios aos que impoñen observacións astrofísicas de estrelas e supernovas”.
Do mesmo xeito, o equipo destaca que “este enfoque, baseado en técnicas de óptica cuántica e espectroscopía de precisión, abre unha vía complementaria aos grandes detectores subterráneos e aos aceleradores de partículas”. Prevense melloras neste aparello e nos métodos de detección, o cal permite anticipar que a sensibilidade do experimento seguirá crecendo no futuro.
A contribución de Alonso-Álvarez centrouse no deseño da análise estatística dos datos: concretamente, en como ter en conta as propiedades do campo galáctico de axións para identificar o sinal esperado e distinguilo do ruído experimental.
Referencia: Wideband Search for Axionlike Dark Matter Using Octupolar Nuclei in a Crystal (Publicado en Physical Review Letters)
