En busca de la materia oscura con el material más frío del universo

Ilustración del comagnetómetro para condensados de Bose Einstein - ICFO

MADRID, 4 May. (EUROPA PRESS) -

Los científicos han podido observar el universo y determinar que aproximadamente el 80% de su masa parece ser "materia oscura", que ejerce una atracción gravitacional pero no interactúa con la luz, por lo que no se puede ver con telescopios. Nuestra comprensión actual de la cosmología y la física nuclear sugiere que la materia oscura podría estar hecha de axiones, partículas hipotéticas con propiedades de simetría inusuales.

En un nuevo artículo publicado en Physical Review Letters, investigadores del ICFO (Instituto de Ciencias Fotónicas) de Barcelona informan sobre cómo buscar axiones utilizando las propiedades únicas de los condensados ??de Bose-Einstein (BEC), gases enfriados a casi cero abosluto, gracias a un instrumento denominado comagnetómetro.

El axión, si existe, implicaría "fuerzas exóticas dependientes del espín". El magnetismo, la fuerza dependiente de espín más conocida, hace que los electrones apunten sus espines a lo largo del campo magnético, como una aguja de una brújula que apunta hacia el norte. El magnetismo es transportado por fotones virtuales, mientras que las fuerzas "exóticas" dependientes del espín serían transportadas por axiones virtuales (o partículas similares a axiones). Estas fuerzas actuarían tanto en electrones como en núcleos, y serían producidas no solo por imanes, sino también por materia ordinaria. Para saber si existen axiones, una buena manera es mirar y ver si los núcleos prefieren apuntar hacia otra materia.

Varios experimentos ya están buscando estas fuerzas, utilizando "comagnetómetros", que son sensores magnéticos emparejados en el mismo lugar. Al comparar las señales de los dos sensores, el efecto del campo magnético ordinario puede cancelarse, dejando solo el efecto de la nueva fuerza. Hasta ahora, los comagnetómetros solo han podido buscar fuerzas dependientes del giro que alcanzan aproximadamente un metro o más. Para buscar fuerzas de giro de corto alcance, se necesita un comagnetómetro más pequeño.

Los condensados ??de Bose Einstein (BEC) son gases enfriados casi a cero absoluto. Debido a que los BEC son superfluidos, sus átomos constituyentes pueden rotar libremente durante varios segundos sin fricción, lo que los hace excepcionalmente sensibles tanto a los campos magnéticos como a las nuevas fuerzas exóticas. Un BEC también es muy pequeño, de unos 10 micrómetros de tamaño. Sin embargo, hacer un comagnetómetro BEC requiere resolver un problema complicado: cómo colocar dos magnetómetros BEC en el mismo volumen pequeño, informa el ICFO en un comunicado.

En su estudio, Pau Gómez, autor principal, y sus colegas informaron que pudieron resolver este problema utilizando dos estados internos diferentes del mismo BEC 87Rb, cada uno de los cuales actúa como un magnetómetro separado pero ubicado. Los resultados del experimento confirman la alta inmunidad prevista al ruido del campo magnético ordinario y la capacidad de buscar fuerzas exóticas con rangos mucho más cortos que en experimentos anteriores. Además de buscar axiones, la técnica también puede mejorar las mediciones de precisión de la física de colisión ultrafría y los estudios de correlaciones cuánticas en BEC.