La colaboración internacional ALPS II ("Búsqueda de cualquier partícula de luz") instaló hoy el primero de los 24 imanes superconductores, marcando el inicio de la instalación de un experimento de física de partículas único para buscar materia oscura. Ubicado en el centro de investigación alemán DESY en Hamburgo, está configurado para comenzar a tomar datos en 2021 buscando partículas de materia oscura que literalmente hagan que la luz brille a través de una pared, proporcionando así pistas sobre una de las preguntas más importantes de la física actual:¿cuál es la naturaleza de la materia oscura?

"Es muy emocionante ver que el proyecto en el que muchos de nosotros hemos estado trabajando durante tantos años finalmente toma forma en el túnel, "El portavoz de ALPS-II Axel Linder de DESY dijo." Cuando la instalación y la puesta en servicio procedan según lo planeado, podremos comenzar la búsqueda en la primera mitad de 2021 ".

La materia oscura es uno de los mayores misterios de la física. Observaciones y cálculos del movimiento de estrellas en galaxias, por ejemplo, muestran que debe haber más materia en el Universo de la que podemos explicar con las partículas de materia conocidas en la actualidad. De hecho, la materia oscura debe constituir el 85% de toda la materia del Universo. Sin embargo, actualmente no sabemos qué es. Pero sabemos que no interactúa con la materia regular y es esencialmente invisible, por lo que se llama "oscuro".

Hay varias teorías que intentan explicar la naturaleza de la materia oscura y las partículas que la componen. Una de estas teorías afirma que la materia oscura está formada por partículas muy ligeras con propiedades muy específicas. Un ejemplo es el axión que se postuló originalmente para explicar aspectos de la interacción fuerte, una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza. También hay observaciones astrofísicas desconcertantes, como discrepancias en la evolución de los sistemas estelares, lo que también podría explicarse por la existencia de axiones o partículas similares a axiones.

Aquí es donde entra en juego ALPS II. Está diseñado para crear y detectar esos axiones. Un campo magnético fuerte puede hacer que los axiones se conviertan en fotones y viceversa. "Esta extraña propiedad ya fue explotada en el experimento inicial ALPS I que realizamos de 2007 a 2010. A pesar de su tamaño limitado, logró las mejores sensibilidades mundiales para este tipo de experimentos, "dijo Benno Willke, el líder del ALPS y del grupo de desarrollo de láser en el Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein) y en el Instituto de Física Gravitacional de la Leibniz Universität de Hannover.

ALPS II se está instalando en una sección de túnel recto del antiguo acelerador de física de partículas de DESY, HERA. Veinticuatro imanes aceleradores superconductores, doce a cada lado de una pared, albergan dos cavidades ópticas de 120 metros de largo. Un poderoso e intrincado sistema láser produce luz que es amplificada por la cavidad dentro del campo magnético y lo hará, a una fracción muy pequeña, convertir en partículas de materia oscura. Una barrera de bloqueo de luz, una pared, separa el segundo compartimento de ALPS II, pero esta pared no es un obstáculo para los axiones y partículas similares que pueden atravesarla fácilmente. En la segunda cavidad, las partículas de materia oscura se convertirían nuevamente en luz. La pequeña señal será captada por sistemas de detección dedicados.

El más de 1, La mejora de 000 veces en la sensibilidad de ALPS II es posible gracias a la mayor longitud de las cadenas de imanes, pero también a los avances significativos en las tecnologías ópticas. "Estos avances surgieron del trabajo en interferómetros de ondas gravitacionales como GEO600 y LIGO, y mostrar con amabilidad cómo los avances tecnológicos en un área permiten el progreso en otras, ", dijo el co-portavoz Guido Mueller de la Universidad de Florida en Gainesville.

ALPS II también es un ejemplo de reciclaje en la investigación:no solo reutiliza un tramo de túnel que alguna vez albergó el acelerador de partículas insignia de DESY, pero también reutiliza los mismos imanes que llevaron a los protones alrededor del anillo hasta 2007. Estos imanes debían ser rediseñados para ajustarse a los propósitos de ALPS:la ligera curva necesaria en un anillo acelerador tuvo que ser removida para permitir que los fotones se propagaran a través de ellos.

La colaboración ALPS II consta de unos 25 científicos de estos institutos:DESY, el Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein) y el Instituto de Física Gravitacional de la Leibniz Universität de Hannover, la Johannes Gutenberg-Universität Mainz, la Universidad de Florida en Gainesville, y la Universidad de Cardiff. Más allá de eso, la colaboración cuenta con el apoyo de socios en todo el mundo como el Instituto Nacional de Metrología (PTB) en Alemania y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología en los EE. UU. El experimento está financiado principalmente por DESY, la Fundación Heising-Simons, la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., la Volkswagen Stiftung alemana y la Fundación de Investigación Alemana (DFG).

En DESY, ALPS II podría ser solo el primer experimento dentro de un nuevo enfoque estratégico para abordar la materia oscura. "Las colaboraciones internacionales están preparando el experimento IAXO para buscar axiones emitidos por el Sol, así como el detector MADMAX, que buscará directamente axiones como constituyentes de la materia oscura local que nos rodea ", explicó Joachim Mnich, Director de física de partículas de DESY.