El CERN acecha a los axiones, posibles partículas de la materia oscura del universo

• Un equipo internacional consigue los resultados más sensibles hasta la fecha
• Liderado desde Zaragoza, emplean un telescopio de axiones solares
• Estas partículas se podrían haber producido en gran cantidad al nacer el universo

Telescopio de axiones solares (CAST) instalado en el CERN.

La comunidad internacional ha logrado estrechar aún más el cerco a los axiones, un tipo de partícula hipotética candidata a componer la materia oscura del universo, gracias al trabajo de 66 científicos de todo el mundo, liderados por el físico Igor García Irastorza y su equipo de la Universidad de Zaragoza, dentro del experimento del telescopio de axiones solares (CAST) desarrollado en el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), en la frontera franco-suiza.

La revista Nature Physics publica esta semana los resultados más sensibles alcanzados hasta el momento en la búsqueda de estos axiones, que se habrían producido en grandes cantidades en el origen del universo. En teoría, estas partículas 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 por el Consejo Europeo de Investigación desde 2009.

Una década a la busca de axiones solares

En concreto, el equipo de científicos de la Universidad de Zaragoza ha liderado el último trabajo del helioscopio o telescopio de axiones solares (CAST) ubicado en el CERN en Ginebra.

El objetivo principal de la colaboración internacional CAST, en la que también participan otros 56 científicos de más de 20 instituciones distintas, es la búsqueda de axiones solares, que lleva ya más de una década y encadenando reslutados cada vez más sensibles.

Demostrar la existencia de esta partícula 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) en el seno 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. El helioscopio 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.

IAXO, un nuevo experimento en el horizonte

Para mejorar estos resultados, el equipo de la Universidad de Zaragoza coordina la preparación y diseño de un nuevo experimento completamente nuevo y de mucha mayor escala que CAST, el observatorio internacional de axiones (IAXO).

Este nuevo telescopio usará un potente imán superconductor orientado al Sol para intentar ver estas partículas. El objetivo es construir un imán superconductor toroidal, de 25 metros de largo y cinco de diámetro, formado por ocho bobinas superconductoras, que permita detectar el axión y explicar la materia oscura que se formó justo después del Big Bang, un tipo de materia no convencional, invisible y que supone el 23% de la materia del universo. 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 específico para este tipo de rayos. El coste total de la construcción del IAXO rondaría los 70 millones de euros.

"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 con un gran imán delante", comenta García Irastorza.