Se sabe muy poco sobre la naturaleza exacta de la materia oscura. En la actualidad, Algunos de los candidatos a materia oscura más prometedores son las partículas bosónicas extremadamente ligeras, como los axiones, partículas similares a axiones o incluso fotones oscuros. "Estos también se pueden considerar como un campo clásico que oscila a una cierta frecuencia. Pero todavía no podemos poner una cifra en esta frecuencia, y por lo tanto, la masa de las partículas, "explica el profesor Dmitry Budker." Por eso, en el programa de investigación CASPEr, estamos investigando sistemáticamente diferentes rangos de frecuencia en busca de indicios de materia oscura ".

El grupo de Budker está buscando materia oscura a través del Experimento de precesión de giro del axión cósmico (CASPEr). El grupo CASPEr lleva a cabo sus experimentos en el PRISMA + Cluster of Excellence en la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) y el Helmholtz Institute Mainz (HIM). CASPEr es un programa de investigación internacional que utiliza técnicas de resonancia magnética nuclear para identificar y analizar la materia oscura.

El equipo de CASPEr está desarrollando técnicas especiales de resonancia magnética nuclear (RMN), cada uno dirigido a un rango de frecuencia específico y, por lo tanto, a un rango específico de masas de partículas de materia oscura. La RMN generalmente se basa en el hecho de que los espines nucleares reaccionan a campos magnéticos que oscilan a una frecuencia de resonancia específica. La frecuencia de resonancia se sintoniza mediante un segundo, generalmente campo magnético estático. La idea fundamental del programa de investigación CASPEr es que un campo de materia oscura puede influir en los espines nucleares de la misma manera. A medida que la Tierra se mueve a través de este campo, Los espines nucleares se comportan como si experimentaran un campo magnético oscilante, generando así un espectro de RMN inducido por materia oscura.

En el trabajo actual, El primer autor Antoine Garcon y sus colegas utilizaron una técnica más exótica:RMN de campo cero a ultrabajo (ZULF). "ZULF NMR proporciona un régimen en el que los espines nucleares interactúan con más fuerza entre sí que con un campo magnético externo, "dice el autor correspondiente, el Dr. John W. Blanchard." Para hacer que los espines sean sensibles a la materia oscura, solo tenemos que aplicar un campo magnético externo muy pequeño, que es mucho más fácil de estabilizar ".

Es más, Por primera vez, los investigadores examinaron los espectros de RMN ZULF del ácido fórmico 13C con respecto a las bandas laterales inducidas por la materia oscura, empleando un nuevo esquema de análisis para promediar coherentemente bandas laterales de frecuencia arbitraria en múltiples mediciones.

Esta forma particular de análisis de banda lateral permitió a los científicos buscar materia oscura en un nuevo rango de frecuencia. No se detectó ninguna señal de materia oscura, como informa el equipo CASPEr en la última edición de Avances de la ciencia , permitiendo a los autores descartar la materia oscura ultraligera con acoplamientos por encima de un umbral particular. Al mismo tiempo, Estos resultados proporcionan otra pieza del rompecabezas de la materia oscura y complementan los resultados anteriores del programa CASPEr informados en junio. cuando los científicos exploraron frecuencias aún más bajas utilizando otro método de RMN especializado llamado comagnetometría.

"Como un rompecabezas, Combinamos varias piezas dentro del programa CASPEr para delimitar aún más el alcance de la búsqueda de materia oscura, "afirma Dmitry Budker.

John Blanchard agrega:"Este es solo el primer paso. Actualmente estamos implementando varias modificaciones muy prometedoras para aumentar la sensibilidad de nuestro experimento".