Axión, el verdader guardián de la galaxia

(Un texto de David Navarro en el Heraldo de Aragón del 4 de junio de 2017)

La materia oscura es el pegamento que mantiene unidas las estructuras del universo. Se cree que está formada por axiones y un investigador de la Universidad de Zaragoza forma parte del equipo que ha descubierto cómo calcular la masa de estas partículas. 

Con motivo del estreno de la segunda parte de la película 'Guardianes de la galaxia', científicos del Hubble han publicado nuevas fotografías de las galaxias del universo. Pero el guardián de ese infinito espacio no es Star Lord, sino una partícula elusiva llamada axión, que sostiene la materia oscura del Universo. Y el investigador de la Universidad de Zaragoza Javier Redondo forma parte de un equipo junto al Instituto de Física Max Planck de Múnich que avanza en el estudio de ese guardián: ya han logrado calcular la masa del axión en función de la temperatura.

¿Por qué es tan importante el axión? Para entenderlo, hay que hacer un ejercicio de abstracción y aceptar que la materia física, esa que nos rodea y podemos ver y tocar, apenas supone el15% de toda la materia del universo. El 85% restante sería materia oscura, aunque no podemos verla ni tocarla. Pero sabemos que está ahí. «Deducimos su existencia de la fuerza gravitatoria que ejerce en distintas partes del cosmos y distintos momentos del universo. Cuando en los cuarenta se comenzó a hablar de materia oscura se hizo en el contexto de los cúmulos de galaxias. Se observó que la materia ordinaria que se observaba no era suficiente para generar la fuerza gravitatoria necesaria para mantener a las galaxias ligadas entre sí», explica el físico Javier Redondo. «A día de hoy, el argumento más interesante que prueba su existencia está en el espectro de radiación del fondo cósmico de microondas. Esta radiación es extremadamente homogénea, como el universo cuando ésta se emitió. La materia oscura acelera el colapso gravitatorio de partes del Universo que eran ligeramente más densas, formando las galaxias que observamos hoy. Sin materia oscura, el universo sería mucho más homogéneo y aburrido».

La materia oscura es una gran incógnita. La primera hipótesis científica es que está formada de partículas que no conocemos, pero detectándolas y caracterizando sus interacciones conoceremos la naturaleza en mayor profundidad. «Descubrir nuevas partículas y saber manipularlas ha supuesto en el pasado notables avances tecnológicos en telecomunicaciones, medicina, el sector energético… La materia oscura parece interactuar muy débilmente con los átomos así que las esperanzas de poder manipularla a corto plazo no son muy halagüeñas, pero desde luego nada está dicho, pues, en gran medida, estamos en la oscuridad».

¿Y a largo plazo? Nadie lo sabe. Javier Redondo empieza a imaginar y piensa que «la materia oscura quizás nos proporcione la manera más sencilla de comunicarnos con civilizaciones alienígenas, o nuevas tecnologías de geolocalización, o ayude en los viajes en el espacio. En el marco del conocimiento fundamental de la naturaleza, la materia oscura es una pieza más de un puzle que a día de hoy parece bastante completo, pero que muestra algunas lagunas inexpugnables». ¿Quizás cuando hayamos puesto las piezas de la materia oscura nos resulte más fácil encajar las demás? «De manera concreta, conocer la identidad de la materia oscura nos permitiría conocer más sobre la infancia del universo, puesto que este tuvo que tener las características adecuadas para producirla en primer lugar. Esto puede ayudarnos a responder otras preguntas como, ¿por qué hay más materia que antimateria en el Universo? ¿Por qué es tan homogéneo? ¿Cuál fue su temperatura más alta? ¿Qué otras partículas se pudieron producir? Hay tantas preguntas por responder…».

El sostén de todo ese entramado es el axión, una partícula que interacciona muy débilmente con la materia y la radiación. «Necesitamos experimentos extremadamente sensibles para poder detectarlo directamente como integrante de la materia oscura. Si supiésemos la masa del axión no sería tan complicado, puesto que podríamos usar esquemas de detección resonante muy eficientes. Como no la sabemos nos vemos obligados a sintonizar nuestros experimentos a diversas masas y ver si hay suerte. Lamentablemente, el rango de masas a buscar es tan grande que podemos dedicar muy poco tiempo a cada una, así que en principio es una labor bastante ardua», afirma Redondo. Si se logra detectar el axión como materia oscura será una revolución en la física de partículas y la cosmología. «Podremos aprender muy rápidamente sobre la materia oscura y el universo primitivo y seleccionar nuestras ampliaciones del modelo estándar de la física de partículas con mucho más criterio. Incluso tendremos cierta guía para estudiar teorías de cuerdas fundamentales. Inmediatamente nos pondremos a pensar en aplicaciones de telecomunicaciones y a escrutar el universo en busca de axiones de distintos orígenes. Habrá tantas cosas que contar y hacer que un artículo [del dominical] se nos quedará muy corto».