NeoFronteras

Un estudio sugiere que podrían detectarse axiones gracias a uniones Josephson y que incluso puede que se hayan detectado ya.

Como ya saben los lectores de NeoFronteras, uno de los grandes misterios de la ciencia actual es la naturaleza de la materia oscura. Se sabe que hay una materia que ni absorbe ni refleja la luz, pero que constituye la mayor parte de la masa del Universo. Gracias a medidas indirectas sobre la rotación galáctica o sobre lentes gravitatorias en cúmulos se sabe que está ahí, pero no sabemos en qué consiste.
Una posibilidad es que esté hecha de partículas débilmente interactuantes o WIMPs. Sin embargo, otra posibilidad es que esté hecha de axiones. Los axiones serían más ligeros y fríos que las WIMPs. El axión es una partícula hipotética introducida en 1977 por Roberto Peccei y Helen Quinn para explicar la conservación en la simetría CP en cromodinámica cuántica. Sería una partícula sin carga y de masa pequeña.
El nombre fue introducido por Frank Wilczek cuando buscaba un nombre para la partícula mientras lavaba la ropa, entonces se fijó en la marca del detergente que estaba usando: Axion.
Experimentos como el Axion Dark Matter eXperiment (ADMX) han intentado buscar estar partícula sin éxito hasta el momento.
Se cree que un axión puede transformarse en un fotón y viceversa de manera espontánea, lo que permitiría explicar por qué los fotones de alta energía no son absorbidos por el fondo cósmico de microondas.
Quizás incluso los axiones se hayan detectado ya y no seamos conscientes de ello. Al menos eso es lo que dice Christian Beck (University of Cambridge) en un artículo reciente. Este físico sugiere que si los axiones existen, entonces deben ser detectados en dispositivos basados en uniones Josephson superconductoras de una manera sencilla.
Cuando un axión decae y se transforma en un fotón para volver a ser una axión debe liberarse una pequeña cantidad de energía. Si esto pasa justo en la unión Josephson el fenómeno puede registrase. Como además hay, en teoría, muchos axiones, entonces es probable que algo así se dé en un dispositivo concebido al efecto.
Una unión de este tipo consiste en crear una juntura de dos superconductores separados por otro tipo de material. Se establece entonces un efecto túnel superconductor de tal modo que el conjunto se comparta como si fuera un nuevo superconductor. Los pares de Cooper, que son electrones unidos por una fonón (una vibración de en la red cristalina), pasan a través de la unión sin experimentar resistencia igual que si fuese en un superconductor al uso. La ventaja de estas uniones es que son muy sensibles a los campos magnéticos, incluido el asociado a un fotón. Beck sugiere que cuando un axión impacta la unión Josephson se produce un par de Cooper extra que fluyen a través de la unión produciendo un exceso de corriente.
Otro equipo de investigadores dirigido por Francois Lefloch registró en 2004 una señal con uno de estos dispositivos que no sabían explicar. Beck sugiere que ese evento podía haberse debido precisamente a un axión. A partir de esa señal ha calculado que el axión podría tener una masa de 0,11 meV, que es una mil millonésima de la masa del electrón. Esto equivaldría a una densidad local galáctica de axiones de 0.05 GeV/cm³.
Este investigador sugiere que se realice de nuevo este experimento para así reproducir el evento. Para ello habría que optimizar una o unas uniones Josephson y así maximizar el registro de axiones.
No hace falta decir que un único evento no es significativo y que es todavía pronto para saber si el problema de la materia oscura está resuelto. El registro de 2004 podría deberse a cualquier tipo de fluctuación o a algún error sistemático, como el mismo Lefloch admite.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Copia del artículo original.
Foto: HEFTI, UCDAVIS.