A medida que continuamos buscando partículas de materia oscura, una cosa está muy clara: no pueden ser ninguna de las partículas elementales que hemos descubierto hasta ahora. Las partículas necesitarían tener masa, pero interactuar con la luz solo débilmente. De las partículas conocidas, los neutrinos se ajustan a esa descripción, pero los neutrinos tienen una masa diminuta y no son suficientes para explicar la materia oscura. Algún otro tipo de partícula debe constituir la mayor parte de la materia oscura.
Los físicos han mirado más allá del modelo estándar de la física de partículas en busca de posibles candidatos, y uno que parece prometedor se conoce como el axión. Los axiones se propusieron por primera vez en la década de 1970 para resolver un problema de simetría en la física de partículas. Como emmy noether Como se señaló por primera vez, la simetría es fundamental para la naturaleza de la física. En física de partículas, hay tres simetrías importantes: carga, paridad y tiempo.
La simetría temporal se ocupa de cómo las interacciones se ven iguales hacia adelante y hacia atrás en el tiempo. Imagina dos bolas de billar chocando en una mesa de billar. Si vio un video de la colisión, sería difícil determinar si el video se invirtió sin alguna otra pista. Las bolas de billar obedecen a la simetría del tiempo. La simetría de carga se ocupa de cómo interactúan las cargas. Dos cargas positivas se repelen, pero también lo hacen dos cargas negativas. Entonces, si ves que dos partículas cargadas se alejan una de la otra, solo sabes que tienen el mismo tipo de carga. La paridad tiene que lidiar con interacciones de imagen especular. Si una luna orbita alrededor de un planeta, se comportaría de la misma manera ya sea en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario. Estas simetrías también se pueden combinar. Por ejemplo, una interacción que es simétrica bajo una inversión tanto de la carga como de la paridad obedecería a la simetría CP.
Resulta que estas simetrías no son perfectas. los interacción débil se sabe que viola la simetría CP en ciertas interacciones aproximadamente una vez de cada mil. El modelo estándar predice esto, pero también predice que debería haber una violación similar en la fuerza fuerte. Los físicos han buscado tal violación, pero no la han encontrado. Aquí es donde entra el axión. Si existen axiones, actuarían para suprimir la violación de CP en la fuerza fuerte, resolviendo el problema de simetría en el modelo estándar. En teoría, los axiones deberían ser abundantes, tener masa y no tener carga, lo que los convierte en buenos candidatos para partículas de materia oscura. Y un estudio reciente ha tratado de encontrarlos.
Dado que los axiones no tienen carga, normalmente no interactuarían con la luz. Pero si están en un campo magnético intenso, pueden activarse para emitir fotones. Si se agrupan suficientes axiones, estos fotones deberían crear una señal de radio detectable. Entonces, el equipo buscó estas señales provenientes de estrellas de neutrones. Se sabe que las estrellas de neutrones tienen campos magnéticos intensos y, con su masa estelar y alta densidad, probablemente atraerían muchos axiones.
Usando datos del Telescopio Green Bank en Virginia Occidental y el Telescopio Effelsberg en el suroeste de Alemania, el equipo observó señales de radio de dos estrellas de neutrones. Tampoco encontraron señal de axión. Esto en realidad pone un freno a la idea de que existen axiones, aunque no los descarta por completo.
Así que parece que tanto los físicos como los astrónomos tienen motivos para estar decepcionados. Es probable que los físicos tengan que buscar en otra parte una solución a su problema de simetría, y los astrónomos seguirán buscando partículas de materia oscura.
Referencia: Foster, Joshua W., et al. “Green Bank y el radiotelescopio Effelsberg buscan conversión de materia oscura de Axion en magnetosferas de estrellas de neutrones.” Cartas de revisión física 125.17 (2020): 171301.
