La materia oscura solo se conoce por su efecto en cuerpos astronómicos masivos, pero aún no se ha observado directamente ni siquiera se ha identificado. Una teoría sobre qué podría ser la materia oscura sugiere que podría ser una partícula llamada axión y que estos podrían ser detectables con experimentos basados ​​en láser que ya existen. Estos experimentos con láser son observatorios de ondas gravitacionales.

Ha comenzado la búsqueda de la materia oscura. Hay muchas teorías sobre qué tipo de cosas podría llegar a ser, pero muchos físicos creen que la materia oscura es una partícula masiva que interactúa débilmente, o WIMP. Lo que esto significa es que no interactúa fácilmente con la materia ordinaria. Sabemos que esto es cierto porque aún no se ha visto directamente. Pero también debe tener al menos algo de masa, ya que su presencia puede inferirse por su atracción gravitacional.

Ha habido enormes esfuerzos para detectar la materia oscura WIMP, incluso con el Gran Colisionador de Hadrones en Suiza, pero los WIMP aún no se han observado. Una partícula candidata alternativa que llama la atención es el axión.

"Suponemos que el axión es muy ligero y apenas interactúa con nuestros tipos familiares de materia. Por lo tanto, se considera un buen candidato para la materia oscura, ", dijo el profesor asistente Yuta Michimura del Departamento de Física de la Universidad de Tokio." No conocemos la masa de axiones, pero generalmente pensamos que tiene una masa menor que la de los electrones. Nuestro universo está lleno de materia oscura y se estima que hay 500 gramos de materia oscura dentro de la Tierra, sobre la masa de una ardilla ".

Los axiones parecen un buen candidato para la materia oscura, pero dado que solo pueden interactuar muy débilmente con la materia ordinaria, son extraordinariamente difíciles de detectar. Entonces, los físicos idean formas cada vez más complejas de compensar esta falta de interacción con la esperanza de revelar la firma reveladora de la materia oscura, que constituye más de una cuarta parte del universo visible.

"Nuestros modelos sugieren que la materia oscura de los axiones modula la polarización de la luz, que es la orientación de la oscilación de las ondas electromagnéticas, "explicó Koji Nagano, estudiante de posgrado en el Instituto de Investigación de Rayos Cósmicos de la Universidad de Tokio. "Esta modulación de polarización se puede mejorar si la luz se refleja hacia adelante y hacia atrás muchas veces en una cavidad óptica compuesta por dos espejos paralelos separados entre sí. Los ejemplos más conocidos de este tipo de cavidades son los largos brazos de túnel de ondas gravitacionales observatorios ".

La investigación de la materia oscura no recibe tanta atención o financiación como otras áreas de investigación científica más aplicables, por eso se hacen grandes esfuerzos para encontrar formas de hacer que la caza sea rentable. Esto es relevante ya que otras formas teóricas de observar axiones involucran campos magnéticos extremadamente fuertes que incurren en grandes gastos. Aquí, Los investigadores sugieren que los observatorios de ondas gravitacionales existentes, como el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO) en los EE. UU., Virgo en Italia o KAGRA en Japón podrían modificarse de forma económica para buscar axiones sin detrimento de sus funciones existentes.

"Con nuestro nuevo esquema, podríamos buscar axiones agregando algunas ópticas de polarización frente a los sensores de fotodiodo en los detectores de ondas gravitacionales, ", describió Michimura." El siguiente paso que me gustaría ver es la implementación de la óptica en un detector de ondas gravitacionales como KAGRA ".

Esta idea es prometedora porque las actualizaciones de las instalaciones de ondas gravitacionales no reducirían la sensibilidad de la que dependen para su función principal. que es detectar ondas gravitacionales distantes. Se han hecho intentos con experimentos y observaciones para encontrar el axión, pero hasta ahora no se ha encontrado ninguna señal positiva. El método propuesto por los investigadores sería mucho más preciso.

"Existe una abrumadora evidencia astrofísica y cosmológica de que existe materia oscura, pero la pregunta "¿Qué es la materia oscura?" es uno de los mayores problemas pendientes de la física moderna, "dijo Nagano." Si podemos detectar axiones y decir con seguridad que son materia oscura, ciertamente sería un evento realmente emocionante. Es lo que sueñan los físicos como nosotros ".