Las observaciones del movimiento de neutrones y átomos de metales pesados a temperaturas ultrabajas han demostrado que las formas más ligeras de axiones, partículas de materia oscura "ligera", no pueden existir en principio, lo que una vez más complicó su búsqueda, según un artículo publicado en la revista Physical Review X …
“Estos resultados abren una nueva ventana para la búsqueda de materia oscura. Indican que los axiones no pueden existir en principio en un rango muy amplio de masas y energías, lo que reduce notablemente el campo donde debemos buscar rastros de esta misteriosa sustancia. Podemos decir que nuestra búsqueda ahora está comenzando de nuevo”, dijo Nicholas Ayres de la Universidad de Sussex (Reino Unido).
Durante mucho tiempo, los científicos creyeron que el universo consiste en la materia que vemos y que forma la base de todas las estrellas, agujeros negros, nebulosas, cúmulos de polvo y planetas. Pero las primeras observaciones de la velocidad de movimiento de las estrellas en galaxias cercanas mostraron que las estrellas en sus afueras se mueven en ellas a una velocidad increíblemente alta, que era aproximadamente 10 veces mayor que los cálculos basados en las masas de todas las estrellas en ellas mostraban.
La razón de esto, según los científicos de hoy, fue la llamada materia oscura, una sustancia misteriosa que representa aproximadamente el 75% de la masa de materia en el Universo. Por lo general, cada galaxia tiene entre 8 y 10 veces más materia oscura que su prima visible, y esta materia oscura mantiene a las estrellas en su lugar y evita que se dispersen.
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Hoy en día, casi todos los científicos están convencidos de la existencia de la materia oscura, pero sus propiedades, además de su evidente influencia gravitacional sobre las galaxias y los cúmulos de galaxias, siguen siendo un misterio y un tema de controversia entre astrofísicos y cosmólogos. Durante mucho tiempo, los científicos han asumido que se compone de partículas superpesadas y "frías", "débiles" que no se manifiestan de ninguna manera, excepto atrayendo grupos visibles de materia.
La búsqueda infructuosa de "WIMP" durante las últimas dos décadas ha llevado a muchos teóricos a creer que la materia oscura en realidad puede ser "ligera y esponjosa" y constar de los llamados axiones, partículas ultraligeras similares en masa y propiedades a los neutrinos.
Ayres y sus colegas descubrieron accidentalmente que los tipos más ligeros de axiones, de los que los teóricos suelen hablar, no pueden existir en principio, analizando los resultados del experimento CryoEDM, que está extremadamente lejos de la cosmología y la materia oscura.
Este proyecto, según el físico, se lanzó hace dos décadas para medir con precisión una de las cantidades fundamentales más pequeñas: el momento dipolar de neutrones. Con esta palabra, los físicos comprenden cómo se distribuyen las regiones con cargas positivas y negativas dentro del neutrón, y si el neutrón es realmente una partícula completamente neutra eléctricamente.
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En CryoEDM, los físicos están tratando de encontrar el momento dipolar del neutrón observando cómo una "sopa" de átomos individuales de un isótopo raro de mercurio y neutrones reacciona a cambios repentinos en la dirección y fuerza del campo eléctrico en el que se encuentran. Si el neutrón tiene un momento dipolar, entonces su giro se "sacudirá" de una manera especial cuando el campo "se invierta", lo que se puede "ver" observando cómo cambia la polarización de la partícula.
Al analizar los datos obtenidos por los detectores CryoEDM en el primer período de su trabajo, los científicos notaron que la precisión de estas observaciones era tan alta que el comportamiento de los átomos de mercurio y neutrones estaría fuertemente influenciado por las interacciones de sus partículas subatómicas con axiones. En otras palabras, si existen axiones, causarán otro tipo de oscilación y su fuerza dependerá directamente de la masa de partículas de materia oscura.
Como muestra el análisis repetido de los datos de CryoEDM, no se observó nada similar en el comportamiento del mercurio y los neutrones, lo que indica la ausencia fundamental de las versiones más ligeras de los axiones, cuya masa es millones y decenas de miles de millones de veces menor que la de un electrón.
Tales resultados, como enfatiza Ayrs, no excluyen la posibilidad de la existencia de otros tipos de axiones, pero reducen notablemente el tamaño del campo, donde su existencia sigue siendo aceptable desde el punto de vista de la ciencia. Es muy posible que la materia oscura no esté constituida por partículas superpesadas o ultraligeras similares a la materia visible, sino que tenga una naturaleza completamente diferente, sobre la que todavía no hemos adivinado, concluyen los autores del artículo.
