La UZ participa en un experimento que investiga una nueva partícula que explique la materia oscura

En total, diez científicos de la Universidad de Zaragoza, liderados por el físico Igor García Irastorza, trabajan en el experimento CAST, que trata de detectar el axión, una nueva partícula que sería candidata para formar parte de esa materia oscura que se formó justo después del Big Bang.

De hecho, la materia que compone todo lo que se puede observar representa tan solo un cuatro por ciento del Universo y un 23 por ciento es materia oscura, un tipo de materia no convencional que es invisible. El resto lo formaría la energía oscura, aún más desconocida para los científicos, ha informado la Universidad de Zaragoza en un comunicado.

"La detección del axión supondría una revolución en la física de partículas actual, abriendo una ventana más allá del Modelo Estándar", ha expuesto Igor García Irastorza. El axión explicaría de manera natural por qué materia y antimateria tienen propiedades tan parecidas y podría arrojar luz sobre al hecho de por qué el Universo está lleno de materia y no de antimateria.

Por el momento, los primeros resultados obtenidos de este estudio acaban de ser publicados en la revista científica Physical Review Letters.

Uno de los elementos innovadores de CAST es el uso de técnicas de reducción de 'ruido de fondo'. El grupo de Zaragoza, que participa en este experimento desde su inicio, es experto en estas técnicas, desarrolladas en laboratorios subterráneos como el de Canfranc (Huesca).

A pesar de estar situado en superficie, CAST es un experimento de búsqueda de sucesos poco probables, por lo que se beneficia de materiales de baja radioactividad para los detectores, del uso de blindajes y del desarrollo de algoritmos de discriminación de este ruido de fondo, han apuntado las mismas fuentes.

DESARROLLO DE DETECTORES

Igor García Irastorza lidera un proyecto de excelencia Starting Grant del programa IDEAS del Consejo Europeo para la Investigación (ERC) concedido en 2009 para el desarrollo de dichos detectores. En el grupo de la Universidad de Zaragoza participan además José Carmona Martínez, Theopisti Dafni, Leyre Esteban Otano, Héctor Gómez Maluenda, Gloria Luzón Marco, Julio Morales, Asunción Rodríguez Arruga, Alfredo Tomás Alquézar y José Ángel Villar.

Para Igor García Irastorza algunas observaciones astrofísicas recientes están poniendo a prueba el conocimiento actual de los ambientes estelares o del medio intergaláctico. Según el investigador, la detección de rayos gamma o rayos cósmicos de orígenes muy distantes, o el ritmo de enfriamiento anormalmente rápido en estrellas enanas blancas, entre otras observaciones, han sido interpretadas como posible indicación de la existencia de axiones.

De existir, el axión se produciría en grandes cantidades en el interior de estrellas por conversión de fotones en el seno de campos electromagnéticos del plasma solar. Por lo tanto, una de las maneras más prometedoras de obtener una evidencia directa de estas partículas es buscar el intenso flujo de axiones que sería emitido por el Sol, han indicado desde la institución académica.

Estos axiones pueden ser detectados por medio del mismo principio físico de su producción, su conversión en fotones en un campo magnético intenso producido en el laboratorio.

El Telescopio de Axiones Solares (CAST) se basa en este concepto de detección (denominado helioscopio de axiones) y lleva una década de funcionamiento en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN). CAST adapta un imán superconductor de los primeros prototipos construidos para el LHC, instalado en una plataforma orientable y equipado en sus extremos con detectores de rayos X.

La señal de axiones solares esperada es un exceso de rayos X en los detectores cuando el imán está orientado con el Sol, en comparación con el fondo natural observado cuando el imán no apunta al Sol.

SEGUNDA FASE

En su segunda fase, CAST inyecta un gas densidad variable dentro de los tubos del imán donde se produce la conversión axion-fotón, lo que permite explorar el rango de masas en el que se puede encontrar esta partícula. Desde 2008 se utiliza helio-3 para ir a densidades y rangos de masas mayores.

La colaboración acaba de publicar en Physical Review Letters los primeros resultados obtenidos con helio-3. La ausencia de señal positiva ha permitido excluir el axión entre las masas 0.39 y 0.64 eV (electronvoltios). El resto de los datos tomados, actualmente en proceso de análisis, permitirán extender esta exploración hasta masas de 1.17 eV.

Hasta ahora no han aparecido señales del axión en CAST, pero se ha mejorado la sensibilidad respecto a experimentos previos. La colaboración planea nuevas tomas de datos con mayor sensibilidad gracias a la mejora de los detectores de rayos X.

A largo plazo, se proyecta la construcción de un helioscopio de axiones de nueva generación, el Observatorio Internacional de Axiones (IAXO, International Axion Observatory).

IAXO se basa en la construcción de un imán superconductor específicamente concebido para la detección de axiones, junto con el uso de ópticas de rayos X y de detectores de ultra bajo fondo. Supondrá un salto cualitativo en la búsqueda del axión, no limitándose solo a axiones solares. Si el axión existe, IAXO tendrá una alta probabilidad de descubrirlo.

El Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN), proyecto Consolider-Ingenio 2010, está apoyando la actividad del grupo de Zaragoza tanto en CAST como en los estudios preliminares del futuro helioscopio de axiones.