La búsqueda de axiones, partículas hipotéticas candidatas a componer la materia oscura del Universo, comienza a dar frutos. La comunidad científica internacional ha logrado estrechar aún más el cerco a los axiones gracias a un trabajo de científicos de todo el mundo liderados por Igor García Irastorza y su equipo de la Universidad de Zaragoza, dentro del experimento CAST desarrollado en el CERN (Suiza).
La revista Nature Physics publica esta semana los resultados más sensibles alcanzados hasta el momento en la búsqueda de axiones, que se habrían producido en grandes cantidades en el origen del Universo. En teoría, estos axiones seguirían existiendo hoy y podrían componer la materia oscura del Universo, que supone un cuarto de todo el cosmos pero aún no ha sido detectada.
Este cerco a los axiones se ha conseguido gracias a la utilización de un nuevo detector de rayos-X, diseñado y construido en la Universidad de Zaragoza. Este detector se basa en tecnologías desarrolladas por el equipo aragonés como parte del proyecto T-REX, financiado con una Starting Grant del ERC (Consejo Europeo de Investigación) obtenida en 2009 por el investigador García Irastorza.
Resultados más precisos hasta la fecha
En concreto, el equipo de científicos de la Universidad de Zaragoza ha liderado el último trabajo del Telescopio de Axiones Solares (CAST) ubicado en el CERN en Ginebra. El objetivo principal de la colaboración internacional CAST, en la que participan científicos de más de 20 instituciones distintas, es la búsqueda de axiones solares. Esta búsqueda se prolonga ya desde hace más de una década, en la que se encadenan resultados progresivamente más sensibles. La ausencia de una señal positiva pone cotas cada vez más restrictivas a las propiedades de esta partícula. Esta semana se publica el último y más importante resultado del experimento en Nature Physics.
Demostrar su existencia es una de los retos más importantes de este campo de investigación. La teoría predice que, de existir, los axiones se podrían transformar en fotones (y viceversa) por la acción de campos electromagnéticos. Esta propiedad predice la emisión de axiones por parte del Sol, y es crucial para los experimentos que buscan su detección. El ingrediente principal de un experimento de axiones es por tanto un potente imán. CAST usa uno de los prototipos de los imanes superconductores del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN para este cometido. Además del imán, el experimento cuenta con sistemas de detección de fotones (rayos-X) de muy bajo fondo.
Los resultados obtenidos hasta la fecha en CAST no muestran señal del tan buscado axión, por lo que suponen una cota importante a sus propiedades (en particular, a la intensidad de la interacción, o "acoplo", de estas partículas con los fotones). De hecho, esta cota es la más importante obtenida hasta ahora por este tipo de experimentos.
Siguiente paso: IAXO
Para mejorar estos resultados, los científicos preparan un experimento completamente nuevo y de mayor escala que CAST, el Observatorio Internacional de Axiones (IAXO). El equipo de la Universidad de Zaragoza coordina los esfuerzos de preparación y diseño de este nuevo experimento.
El objetivo es construir un imán superconductor toroidal, de 25 metros de largo y 5 de diámetro, formado por ocho bobinas superconductoras, que permita detectar una nueva partícula, el axión, que explique la materia oscura que se formó justo después del Big Bang. De hecho, la materia que compone todo lo que se puede observar representa tan solo un 4% del Universo. Un 23% es ‘materia oscura’, un tipo de materia no convencional que es invisible. El axión podría además arrojar luz sobre al hecho de por qué el Universo está lleno de materia y no de antimateria.
El nuevo experimento contempla la construcción de un imán nuevo específico gigante, al que se le acoplarían ocho sistemas de detección, cada uno de ellos con óptica de rayos X y un detector de rayos X. Como parte del diseño técnico del experimento se realizarán prototipos demostradores de los detectores de rayos X, las ópticas y la bobinas superconductoras del imán, actividades que tendrán un coste de unos dos millones de euros. La Universidad de Zaragoza albergará un prototipo de detector de rayos X, a diseñar y construir en los próximos 3 años.
El coste total de la construcción del observatorio, si finalmente se acomete, rondaría los 70 millones de euros. El nuevo observatorio, IAXO, sustituiría y mejoraría al actual Telescopio de Axiones Solares (CAST) del CERN.
“Los axiones provendrían del Sol pero no se pueden ver puesto que no interactúan con casi nada. Sin embargo, al atravesar el imán pueden transformarse en rayos X. Por lo tanto, lo que necesitamos es poner detectores de rayos X detrás del imán, y apuntar hacia al Sol para ver si se observa un exceso de rayos X en los detectores. IAXO es como un gran telescopio de rayos X, solo que además tiene un gran imán delante”, explica Igor García Irastorza, portavoz de esta nueva iniciativa e investigador principal de la Starting Grant del Consejo Europeo de Investigación, con la que se ha desarrollado uno de los pilares tecnológicos de IAXO.
