La señal del axión y la materia oscura

El axión guía experimentos que buscan convertir la materia oscura invisible en una señal eléctrica medible

Por Félix Riaño @LocutorCo

Varios experimentos buscan una partícula hipotética mediante campos magnéticos, circuitos resonantes y mediciones del ruido electromagnético.

La materia oscura representa cerca del 85 % de toda la materia del universo. No podemos verla porque no emite, refleja ni absorbe luz de una forma detectable. Conocemos sus efectos gravitatorios. Las galaxias giran y se agrupan como si estuvieran rodeadas por una masa invisible.Una posible explicación es el axión. Esta partícula hipotética tendría una masa diminuta y una interacción muy débil con la materia ordinaria. También podría comportarse como una onda que atraviesa la galaxia.Jessica Fry, investigadora doctoral del MIT, trabaja en dos experimentos dedicados a buscarla: ABRACADABRA y DMRadio. Sus instrumentos intentan convertir el paso de los axiones por un campo magnético en una corriente eléctrica medible. El reto consiste en separar esa corriente del ruido producido por el propio detector. ¿Cómo se reconoce una señal que jamás ha sido observada?

Conocemos la forma de la señal, pero ignoramos su frecuencia.

Nuestro protagonista casi no tendría masa, no brillaría y atravesaría la materia sin dejar una señal evidente. Se llama axión. Por ahora, existe como una propuesta de la física.Si los axiones forman la materia oscura, una enorme cantidad de ellos estaría pasando por la Tierra. Debido a su masa diminuta, se comportarían como una onda continua, en lugar de aparecer como partículas aisladas.La teoría ofrece una forma de buscarlos. Un axión que atraviese un campo magnético debería generar una corriente eléctrica oscilante. Esa corriente repetiría un ritmo relacionado con la masa del axión.Jessica Fry y otros integrantes del grupo de neutrinos y materia oscura del MIT intentan medir ese efecto. ABRACADABRA ya opera en esa universidad. DMRadio está en desarrollo en Stanford. Ambos experimentos funcionan como receptores construidos para captar una frecuencia todavía desconocida.

La corriente esperada sería extremadamente pequeña. El calor mueve las partículas de los componentes electrónicos y produce fluctuaciones. Los cables, los aparatos cercanos y las comunicaciones humanas también generan actividad electromagnética. Hasta una vibración puede afectar una medición sensible.El detector debe diferenciar ese ruido de una oscilación causada por axiones. Los físicos conocen la forma general que tendría la señal. Desconocen su frecuencia exacta porque tampoco conocen la masa de la partícula. Además, ignoran con qué intensidad interactuaría con el campo magnético.Por esa razón, el instrumento debe revisar muchas frecuencias. Cada ajuste cubre una fracción del territorio posible. Una búsqueda más amplia requiere tiempo, estabilidad y mediciones repetidas.Una señal llamativa tampoco basta para anunciar un descubrimiento. El equipo tendría que descartar fallas, interferencias y fenómenos conocidos. Después, otro detector tendría que encontrar el mismo patrón. La dificultad está en demostrar que la señal viene del universo y no del laboratorio.

ABRACADABRA y DMRadio usan circuitos resonantes para reforzar la corriente esperada. La resonancia ocurre cuando un sistema responde con mayor intensidad a una frecuencia concreta. Es el mismo principio que permite seleccionar una estación en una radio.El detector se ajusta a una frecuencia y registra la actividad eléctrica. Luego cambia el ajuste y repite la medición. Cada frecuencia corresponde a una posible masa del axión. Los amplificadores cuánticos ayudan a medir señales muy débiles, aunque también tienen que controlar el ruido.Otros experimentos cubren regiones diferentes. BabyIAXO va a buscar axiones producidos en el Sol. Va a emplear un imán de diez metros que va a funcionar cerca de −270 °C. Una plataforma móvil va a permitir que el instrumento siga al Sol durante unas doce horas diarias.La Tierra también puede servir como parte de un detector. Su campo magnético puede interactuar con axiones ultraligeros. El espacio entre la superficie y la ionosfera actúa como un resonador natural para ciertas frecuencias.Ninguno de estos proyectos ha confirmado la existencia del axión. Los resultados actuales permiten descartar algunas combinaciones de masa e intensidad de interacción. Esa reducción tiene valor científico: indica dónde ya se buscó y orienta las siguientes mediciones.

El axión fue propuesto después de que Roberto Peccei y Helen Quinn plantearan una nueva simetría en 1977. Su objetivo original era resolver una dificultad del modelo que describe la fuerza nuclear fuerte. Steven Weinberg y Frank Wilczek identificaron de manera independiente la partícula asociada con esa propuesta y la llamaron axión.Más tarde, los físicos observaron que esta partícula también reunía propiedades adecuadas para explicar la materia oscura. Podría existir en grandes cantidades, permanecer estable y ejercer gravedad sin producir luz visible.Los experimentos actuales siguen estrategias complementarias. Los haloscopios buscan axiones pertenecientes al halo de materia oscura de la Vía Láctea. ABRACADABRA, DMRadio, ADMX, CAPP y HAYSTAC pertenecen a este campo de búsqueda. Los helioscopios, como BabyIAXO, buscan axiones que serían producidos dentro del Sol.Un equipo de las universidades de Kioto, Hiroshima y Nihon estudió otra opción. Sus cálculos indican que la cavidad formada por la Tierra y la ionosfera puede amplificar señales cerca de ocho hercios. El análisis de datos geomagnéticos obtenidos entre 2012 y 2022 no confirmó axiones. Sí estableció límites terrestres más estrictos para una región específica de masas. Cada estrategia examina una parte distinta del problema.

El axión sigue siendo una hipótesis, pero ofrece una ruta concreta para estudiar la materia oscura. ABRACADABRA y DMRadio buscan su corriente eléctrica; BabyIAXO busca axiones solares; la Tierra sirve como resonador natural. Ningún resultado confirma todavía su existencia. Cuéntanos qué experimento te interesa más y sigue Flash Diario en Spotify para conocer nuevas búsquedas científicas explicadas con claridad y rigor.

 Bibliografía 🔗

• MIT News: la búsqueda de materia oscura de Jessica Fry
• CERN Courier: introducción científica al axión
• Universidad de Bonn y EurekAlert: construcción del imán de BabyIAXO
• Progress of Theoretical and Experimental Physics: señales de axiones en campos electromagnéticos terrestres
• Phys.org: análisis geomagnético para buscar axiones y fotones oscuros

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August 12, 2026 at 02:00AM