Un nuevo estudio dirigido por investigadores de la Universidad de Tel Aviv muestra una sensibilidad sin precedentes a un emocionante candidato a materia oscura. Como parte de la nueva colaboración NASDUCK (Noble and Alkali Spin Detectors for Ultralight Coherent Dark-Matter), los investigadores desarrollaron una tecnología cuántica innovadora única que hace posible obtener información más precisa sobre partículas teóricas invisibles que se «sospecha» que son materia oscura. con masas ultraligeras. El estudio fue publicado en la prestigiosa revista ciencia avanzada Diario.

Un nuevo estudio dirigido por investigadores de la Universidad de Tel Aviv muestra una sensibilidad sin precedentes a un emocionante candidato a materia oscura. Como parte de la nueva colaboración NASDUCK (Noble and Alkali Spin Detectors for Ultralight Coherent Dark-Matter), los investigadores desarrollaron una tecnología cuántica innovadora única que hace posible obtener información más precisa sobre partículas teóricas invisibles que se «sospecha» que son materia oscura. con masas ultraligeras. El estudio fue publicado en la prestigiosa revista ciencia avanzada Diario.

El estudio fue dirigido por el profesor Tomer Volansky, el estudiante de investigación Itay Bloch de la Escuela de Física y Astronomía Raymond & Beverly Sackler de la Facultad de Ciencias Exactas Raymond & Beverly Sackler de la Universidad de Tel Aviv, Gil Ronen del Instituto de Física Racah de la Universidad Hebrea y Dr. O Katz, anteriormente el Instituto de Ciencias Weizmann (ahora Universidad de Duke).

Oscuro La materia es uno de los grandes misterios de la física. Compone la mayor parte de la materia del universo y se sabe que interactúa a través de la gravedad; Sin embargo, todavía sabemos muy poco sobre su naturaleza y composición. A lo largo de los años, se han propuesto muchas partículas teóricas diferentes como buenas candidatas para su uso como materia oscura, incluidas las llamadas «partículas similares a axiones».

El profesor Tomer Volansky explica: “Lo interesante de las partículas similares a los axiones es que pueden ser considerablemente más ligeras que todas las partículas de materia visibles a nuestro alrededor y aun así explicar la existencia de la materia oscura, que durante años se esperaba que fuera considerablemente más pesada. Una de las principales formas de buscar materia oscura es construir un gran experimento con mucha masa, esperar a que la materia oscura choque con ella o sea absorbida por esa masa, y luego medir la pequeña huella energética que deja. Sin embargo, si la masa de materia oscura es demasiado pequeña, la energía que transporta es tan insignificante que no se puede medir ni el efecto de colisión ni el de absorción. Así que tenemos que ser más creativos y usar otras propiedades de la materia oscura”.

Para detectar estas partículas, los investigadores diseñaron y construyeron un detector único que utiliza gas xenón comprimido y polarizado para encontrar pequeños campos magnéticos. Sorprendentemente, resulta que las partículas similares a los axiones, que desempeñan el papel de materia oscura, afectan a las partículas de xenón polarizadas como si estuvieran colocadas en un débil campo magnético anómalo que se puede medir. La técnica innovadora utilizada por los investigadores por primera vez les permitió explorar un nuevo conjunto de masas de materia oscura, mejorando las técnicas anteriores hasta en tres órdenes de magnitud.

Agrega el estudiante de doctorado Itay Bloch: “Es una operación bastante compleja porque estas partículas, si están presentes, son invisibles. Sin embargo, con este estudio logramos limitar las posibles propiedades de las partículas tipo axión al no medirlas. Se han realizado varios intentos para medir dichas partículas convirtiéndolas en partículas ligeras y viceversa. Sin embargo, la innovación en nuestro estudio es la medición a través de núcleos atómicos sin depender de la interacción con la luz y la capacidad de buscar partículas similares a axiones en masas previamente inaccesibles”.

El estudio se basa en métodos matemáticos particularmente complejos de la teoría de partículas y la mecánica cuántica y utiliza modelos numéricos y estadísticos avanzados para comparar los resultados empíricos con la teoría..

El Prof. Volansky concluye: “Después de cinco meses de esfuerzo sostenido, hemos presentado un nuevo método que amplía lo que pensábamos que era posible con magnetómetros; Así que este es un paso pequeño pero significativo hacia la búsqueda de materia oscura. Hay muchos más candidatos a materia oscura, cada uno con sus propias propiedades cuánticas. Sin embargo, las partículas similares a los axiones se encuentran entre las opciones más interesantes, y si alguna vez las encontramos, sería un gran paso adelante en nuestra comprensión del universo. Este experimento fue el primero de la colaboración de NASDUCK y muestra la promesa de nuestros detectores. No tengo ninguna duda de que esto es solo el comienzo”.


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