La materia oscura podría estudiarse en el laboratorio

La llamada materia oscura podría ser constatada en experimentos de laboratorio, complementando las investigaciones que se están haciendo a escala astronómica y subatómica para hallarla.

Los científicos creen que la materia oscura -que es una materia hipotética de composición desconocida que no emite o refleja suficiente radiación electromagnética para ser observada directamente con los medios técnicos actuales, pero cuya existencia puede inferirse a partir de los efectos gravitacionales que causa en la materia visible- constituye la gran mayoría de la masa en el Universo observable.

Según algunos resultados teóricos recientes, pequeños bloques de materia –y no sólo observaciones astronómicas- podrían revelar las escurridizas propiedades de las partículas de esta materia oscura hasta ahora no identificada, permitiendo simplificar las investigaciones futuras a gran escala sobre ella.

Materia oscura en el laboratorio

Físicos teóricos del Stanford Institute for Materials and Energy Science (SIMES) un instituto adjunto al departamento de energía del SLAC National Accelerator Laboratory de la Universidad de Stanford, son los que están tratando de desarrollar estos experimentos.

Según declaraciones de Shoucheng Zhang, uno de los autores del estudio, aparecidas en un comunicado del SLAC , este trabajo podría resultar verdaderamente esclarecedor, en lo que respecta a descubrir la naturaleza de la materia oscura.

En un artículo recientemente publicado por la revista Nature Physics, Zhang y sus colaboradores describen un conjunto de experimentos con los que, afirman, se podría conocer, por vez primera, el posible comportamiento de unas partículas subatómicas denominadas axiones, que han sido relacionadas con la materia oscura pero cuya existencia aún no ha podido ser constatada.

La existencia de estas partículas fue postulada por vez primera en 1977, dentro del marco del Modelo Estándar de física de partículas. Se supone que los axiones son partículas de masa muy pequeña y sin carga eléctrica y, en cosmología, se cree que su existencia podría resolver el problema de la materia oscura.

Sin embargo, a pesar de los estudios realizados hasta el momento, los axiones nunca han podido constatarse empíricamente. Esto podría cambiar gracias al trabajo de los físicos del SIMES y su tecnología puntera para la investigación de unos materiales conocidos como aislantes topológicos.

Coincidencia matemática

En el interior de estos materiales los electrones viajan con gran dificultad, pero fluyen con mucha menos resistencia en su superficie. Además, pueden hacerlo a temperatura ambiente.

Estas características provocan que los aislantes topológicos presenten unas propiedades inusuales, que podrían suponer importantes para aplicaciones en diversos campos, como la espintrónica (tecnología emergente que dará lugar a un nuevo tipo de dispositivos electrónicos de alta densidad, rendimiento superior y escasa potencia).

Pero lo esencial con respecto a la materia oscura es que, investigando los aislantes topológicos, Zhang y sus colaboradores descubrieron que el comportamiento electromagnético de estos materiales puede describirse matemáticamente de una manera muy similar a la de las matemáticas que explican el comportamiento de los axiones. Es decir, que las leyes del universo relacionadas con los axiones tienen un reflejo en el funcionamiento de estos aislantes.

Como resultado de este paralelismo matemático, los físicos postularon que los experimentos con aislantes topológicos podrían revelar información sobre los axiones, cuya presencia se cree que se extiende por todo el universo.

En la revista Nature Physics los científicos señalan que han conseguido demostrar que las fluctuaciones magnéticas de los aislantes topológicos se acoplan a los campos magnéticos exactamente como los axiones, por lo que proponen diversos experimentos para detectar el campo dinámico de estas partículas.

Del aislante al universo

Según Zhang, la concurrencia matemática entre axiones y aislantes topológicos supone que se puedan estudiar las partículas de la materia oscura a través de la observación de estos aislantes, como si se estuviera analizando un universo a escala diminuta.

En Nature Physics los científicos describen una clase particular de aislante topológico en el que el paralelismo matemático relacionado con los axiones es más claro, y sugieren que se desarrollen experimentos para “ver” el comportamiento de estas partículas en dicho aislante.

Estos experimentos servirán para comprender las posibles características físicas de los axiones, y dar así una idea más realista a los físicos de lo que deben buscar cuando pretendan encontrar evidencias de la existencia de los axiones a escala cósmica.