En los 1970s, Los físicos descubrieron un problema con el modelo estándar de física de partículas, la teoría que describe tres de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza (electromagnética, débil, y fuertes interacciones; el cuarto es la gravedad). Ellos encontraron que mientras que la teoría predice que debería romperse una simetría entre partículas y fuerzas en nuestro Universo y una versión de espejo, los experimentos dicen lo contrario. Este desajuste entre la teoría y las observaciones se denomina "el problema de la fuerte PC", que significa carga + paridad. ¿Cuál es el problema de la PC? y ¿por qué ha desconcertado a los científicos durante casi medio siglo?

En el modelo estándar, el electromagnetismo es simétrico bajo C (conjugación de carga), que reemplaza partículas por antipartículas; P (paridad), que reemplaza todas las partículas con sus contrapartes de imagen especular; y, T (inversión de tiempo), que reemplaza las interacciones que avanzan en el tiempo por otras que retroceden en el tiempo, así como combinaciones de las operaciones de simetría CP, CONNECTICUT, PT, y CPT. Esto significa que los experimentos sensibles a la interacción electromagnética no deberían poder distinguir los sistemas originales de los que han sido transformados por cualquiera de las operaciones de simetría mencionadas anteriormente.

En el caso de la interacción electromagnética, la teoría coincide muy bien con las observaciones. Como se esperaba, el problema radica en una de las dos fuerzas nucleares:la interacción fuerte. Como resulta, la teoría permite violaciones de la operación de simetría combinada CP (reflejar partículas en un espejo y luego cambiar partícula por antipartícula) tanto para la interacción débil como para la fuerte. Sin embargo, Hasta ahora, las violaciones del CP solo se han observado para la interacción débil.

Más específicamente, para las interacciones débiles, La violación de CP ocurre aproximadamente en el 1 en 1, 000 nivel, y muchos científicos esperaban un nivel similar de violaciones para las interacciones fuertes. Sin embargo, los experimentadores han buscado ampliamente la violación del CP, pero sin resultado. Si ocurre en la interacción fuerte, está suprimido por más de un factor de mil millones (10 ⁹ ).

En 1977, Los físicos teóricos Roberto Peccei y Helen Quinn propusieron una posible solución:hipotetizaron una nueva simetría que suprime los términos que violan el CP en la interacción fuerte, haciendo así que la teoría coincida con las observaciones. Poco después de, Steven Weinberg y Frank Wilczek, quienes ganaron el Premio Nobel de Física en 1979 y 2004, respectivamente, se dio cuenta de que este mecanismo crea una partícula completamente nueva. Wilczek finalmente apodó a esta nueva partícula el 'axión, 'después de un popular detergente para platos con el mismo nombre, por su capacidad para solucionar el fuerte problema de la PC.

El axión debe ser una partícula extremadamente ligera, ser extraordinariamente abundante en número, y no tienen cargo. Debido a estas características, los axiones son excelentes candidatos a materia oscura. La materia oscura constituye aproximadamente el 85 por ciento del contenido de masa del Universo, pero su naturaleza fundamental sigue siendo uno de los mayores misterios de la ciencia moderna. Descubrir que la materia oscura está hecha de axiones sería uno de los mayores descubrimientos de la ciencia moderna.

En 1983, El físico teórico Pierre Sikivie descubrió que los axiones tienen otra propiedad notable:en presencia de un campo electromagnético, a veces deberían convertirse espontáneamente en fotones fácilmente detectables. Lo que una vez se pensó que era completamente indetectable, resultó ser potencialmente detectable siempre que haya una concentración suficientemente alta de axiones y campos magnéticos fuertes.

Algunos de los campos magnéticos más fuertes del Universo rodean a las estrellas de neutrones. Dado que estos objetos también son muy masivos, también podrían atraer un gran número de partículas de materia oscura de axiones. Entonces, los físicos han propuesto buscar señales de axiones en las regiones circundantes de estrellas de neutrones. Ahora, un equipo de investigación internacional, incluyendo el postdoctorado del Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo (Kavli IPMU) Oscar Macias, ha hecho exactamente eso con dos radiotelescopios:el Telescopio Robert C. Byrd Green Bank en los EE. UU., y el radiotelescopio Effelsberg de 100 m en Alemania.

Los objetivos de esta búsqueda fueron dos estrellas de neutrones cercanas que se sabe que tienen fuertes campos magnéticos, así como el centro de la Vía Láctea, que se estima que alberga 500 millones de estrellas de neutrones. El equipo muestreó frecuencias de radio en el rango de 1 GHz, correspondiente a masas de axiones de 5-11 microelectronvoltios. Como no se vio ninguna señal, el equipo pudo imponer los límites más estrictos hasta la fecha sobre las partículas de materia oscura de los axiones de unos pocos microelectronvoltios de masa.