A detecção do áxion marcaria um episódio-chave na história da ciência. Esta partícula hipotética poderia resolver dois problemas fundamentais da Física Moderna ao mesmo tempo:o problema da Carga e da Paridade na interação forte, e o mistério da matéria escura. Contudo, apesar do grande interesse científico em encontrá-lo, a busca em alta frequência de rádio - acima de 6 GHz - foi quase deixada de lado pela falta de tecnologia de alta sensibilidade que poderia ser construída a um custo razoável. Até agora.

O Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) participará de uma colaboração internacional para o desenvolvimento do experimento DALI (Dark-photons &Axion-Like Partitions), um telescópio de astro-partículas para matéria escura cujo objetivo científico é a busca de axions e parafótons na faixa de 6 a 60 GHz. O protótipo, prova de conceito, está atualmente em fase de projeto e fabricação no IAC. O white paper que descreve o experimento foi aceito para publicação no Journal of Cosmology and Astroparticle Physics ( JCAP )

Predito pela teoria na década de 1970, o axion é uma partícula hipotética de baixa massa que interage fracamente com partículas padrão, como núcleons e elétrons, bem como com fótons. Essas interações propostas são estudadas para tentar detectar o áxion com diferentes tipos de instrumentos. Uma técnica promissora é estudar a interação de áxions com fótons padrão.

"Axions 'se misturam' com fótons sob a ação de um forte campo magnético externo, tais como aqueles produzidos pelos ímãs supercondutores em detectores de partículas ou aqueles usados ​​para diagnósticos médicos por ressonância magnética, e produzir um sinal fraco de rádio ou microondas. Este sinal foi procurado em uma variedade de experimentos desde o final dos anos 80, e é apenas o sinal que queremos detectar agora com DALI, embora em uma nova gama de parâmetros quase inexplorada, que estará acessível pela primeira vez graças a esta experiência ", explica Javier De Miguel, um pesquisador do IAC e o primeiro autor do estudo.

Os primeiros detectores de axion, feito nas décadas de 80 e 90, usou uma cavidade ressonante que, dentro de um superimã, amplificou o sinal de micro-ondas fraco previsto do axion, tentando trazê-lo para uma faixa de potência detectável por instrumentos científicos. Infelizmente, o tamanho da cavidade é inversamente proporcional à frequência de varredura e, para o axion, os preás eram pequenos demais para serem feitos para frequências maiores do que 6 GHz.

Por esta razão, o novo experimento reúne as técnicas mais promissoras de varredura em altas frequências, e inclui-o em um design prático ao qual é adicionada a capacidade de detectores de astro-partículas para matéria escura axiônica. Desta maneira, DALI compreende um poderoso ímã supercondutor, um detector de axions com um novo ressonador para tornar detectável o sinal fraco causado pelos axions, e uma montagem altazimute para permitir a varredura de objetos e regiões no céu em busca de matéria escura.

Por aqui, DALI pode ajudar na detecção do áxion, uma partícula pseudo-escalar cuja natureza é semelhante à do bóson de Higgs, descoberto em 2012 no CERN, e um candidato promissor para matéria escura. A matéria escura é um constituinte fundamental do Universo, que interage muito fracamente com a matéria comum, e por isso é muito difícil de detectar diretamente, mas cuja descoberta nos permitiria explicar as curvas de rotação das galáxias espirais, e por que a formação da estrutura no Universo se desenvolveu da maneira que tem até agora, entre outros mistérios.