Un dispositivo de detección diseñado y construido en Yale está reduciendo la búsqueda de materia oscura en forma de axiones, una partícula subatómica teorizada que puede constituir hasta el 80% de la materia del universo.

Dirigido por el físico de Yale Steve Lamoreaux, un equipo de científicos anunció los primeros resultados del proyecto, llamado Haloscopio en Yale Sensitive To Axion Cold Dark Matter (HAYSTAC). Los hallazgos aparecen en la revista. Cartas de revisión física .

"La existencia de materia oscura se ha establecido con un alto grado de confianza. Sin embargo, en la actualidad nadie sabe qué es, y sigue siendo una de las cuestiones más destacadas de la ciencia moderna, ", dijo Lamoreaux." Nuestro trabajo está estableciendo límites importantes a una de las principales teorías de la materia oscura ".

Esa teoría se centra en el axión, una partícula que se propuso en la década de 1980. Lamoreaux dijo que el axión, que no tiene carga, sin giro, y una cantidad minúscula de masa, tiene todas las propiedades necesarias para ser un candidato convincente a la materia oscura. La densidad de materia oscura observada en nuestra galaxia requiere aproximadamente 10 billones de axiones por centímetro cúbico; sin embargo, sus interacciones directas con la materia ordinaria son tan débiles que su detección requiere técnicas experimentales extremadamente sensibles.

Usando un nuevo instrumento construido en el Wright Lab de Yale, Lamoreaux y sus colegas ampliaron los posibles parámetros para detectar axiones. Su estudio demuestra la sensibilidad del instrumento necesaria para detectar axiones que son 10 veces más pesados ​​que los objetivo de experimentos anteriores.

Los detectores de axiones utilizan campos magnéticos intensos para convertir los axiones en fotones de microondas detectables a una frecuencia específica determinada por la masa de axiones desconocida. Los experimentos anteriores han buscado axiones de baja masa. Llevar la búsqueda a masas más altas ha sido un desafío para los científicos porque requiere detectores de alta frecuencia que sean físicamente más pequeños. y las señales de conversión de axiones en tales casos son más débiles.

"Nuestro mayor avance fue lograr que el detector fuera más frío y silencioso que nunca, mediante la adaptación de amplificadores desarrollados para la investigación de la computación cuántica cuyo rendimiento de ruido se acerca a los límites fundamentales impuestos por las leyes de la mecánica cuántica, "Dijo Lamoreaux." Con los primeros datos de nuestro detector, hemos establecido límites a las interacciones de los axiones de materia oscura y hemos abierto una nueva porción del rango de masa de axiones permitidos a la investigación experimental ".

El primer autor del artículo es Ben Brubaker, estudiante de posgrado en el laboratorio Lamoreaux en Yale. Otros coautores de Yale son Ling Zhong, Yulia Gurevich, Sidney Cahn, y Kelly Backes. Otros coautores son de la Universidad de California-Berkeley, la Universidad de Colorado, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore.

"El experimento de materia oscura de axiones en Yale amplía las fronteras de la astrofísica de partículas, "dijo Karsten Heeger, director del Laboratorio Wright. "Es un ejemplo brillante de un experimento universitario que utiliza instrumentación de vanguardia y aprovecha la infraestructura local para abordar una de las preguntas fundamentales sobre el universo y capacitar a la próxima generación de científicos. Estamos entusiasmados de tener un esfuerzo líder en el mundo aquí en el campus en el Wright Lab ".