Se reduce el espacio en el que buscar materia oscura con axiones

El experimento CAST en el CERN. El resonador CAST-CAPP se colocó dentro de uno de los dos orificios del imán de CAST (azul). - CERN

   MADRID, 5 Dic. (EUROPA PRESS) -

   Una innovación del telescopio CAST del CERN ha buscado posibles axiones del halo de materia oscura de la Vía Láctea y ha reducido el espacio teórico en el que buscar estas partículas hipotéticas.

   La detección de axiones podría resolver dos enigmas a la vez. Podrían dar cuenta de la materia oscura, la sustancia misteriosa que se cree que constituye la mayor parte de la materia del universo, y también podrían explicar las desconcertantes propiedades de simetría de la fuerza fuerte que mantiene unidos a los protones y neutrones en los núcleos atómicos.

   Pero el espacio teórico de posibilidades para los axiones es enorme, tanto en términos de su masa como de la fuerza de su interacción con otras partículas. Por lo tanto, las búsquedas de axiones se dirigen a diferentes regiones de este espacio, cada búsqueda trae consigo la posibilidad de descubrimiento y sus resultados guían búsquedas futuras.

   En un nuevo artículo publicado en Nature Communications, un equipo de investigadores que trabaja en el experimento CAST en el CERN informa cómo han reutilizado parte del experimento para apuntar a una región previamente desconocida del espacio en este ámbito.

   CAST se diseñó originalmente para buscar axiones provenientes del sol. En su nuevo estudio, el equipo de CAST colocó un resonador que consta de cuatro cavidades dentro de uno de los dos orificios del imán del experimento para construir un detector de axiones que busque axiones del "halo" de materia oscura de la Vía Láctea: un axión haloscopio, al que llamaron CAST-CAPP.

   En un campo magnético fuerte, como el que proporciona el imán de CAST, los axiones deberían convertirse en fotones. El resonador de un haloscopio de axión es básicamente una radio que los investigadores pueden sintonizar para encontrar la frecuencia de estos fotones convertidos por axión. Pero no se conoce la frecuencia de la "estación de radio" del axión, por lo que los investigadores deben escanear lentamente una banda de frecuencias para tratar de identificar la frecuencia de la señal del axión.

   El resonador CAST-CAPP se puede ajustar para captar señales de axión que van desde 4,774 a 5,434 GHz, correspondientes a masas de axión de entre 19,74 y 22,47 microelectronvoltios.

   Los investigadores de CAST escanearon esta banda de frecuencias de 660 MHz en pasos de 200 kHz durante 4.124 horas, desde el 12 de septiembre de 2019 hasta el 21 de junio de 2021, y aislaron señales de fondo conocidas como la red de área local inalámbrica (WLAN) de 5 GHz, pero no seleccionaron señal alguna procedente de axiones. Sin embargo, los datos de CAST-CAPP imponen nuevos límites a la fuerza máxima de la interacción de axiones con fotones para masas de axiones de 19,74 a 22,47 microelectronvoltios, lo que reduce el espacio en el que buscar materia oscura de axiones.

   Los nuevos límites son complementarios a los resultados de búsquedas anteriores de axiones, incluidas las de otro haloscopio CAST, RADES, que tomó datos en 2018.