A matéria escura só é conhecida por seu efeito em corpos astronômicos massivos, mas ainda não foi diretamente observado ou mesmo identificado. Uma teoria sobre o que a matéria escura pode ser sugere que poderia ser uma partícula chamada axion e que estes poderiam ser detectados com experimentos baseados em laser que já existem. Esses experimentos de laser são observatórios de ondas gravitacionais.

A caça à matéria escura está em andamento. Existem muitas teorias sobre que tipo de coisa pode vir a ser, mas muitos físicos acreditam que a matéria escura é uma partícula massiva de interação fraca, ou WIMP. O que isso significa é que ele não interage facilmente com a matéria comum. Sabemos que isso é verdade porque ainda não foi visto diretamente. Mas também deve ter pelo menos alguma massa, pois sua presença pode ser inferida por sua atração gravitacional.

Tem havido enormes esforços para detectar matéria escura WIMP, inclusive com o Grande Colisor de Hádrons na Suíça, mas os WIMPs ainda não foram observados. Uma partícula candidata alternativa que está ganhando atenção é o áxion.

"Presumimos que o áxion é muito leve e quase não interage com nossos tipos familiares de matéria. Portanto, é considerado um bom candidato para matéria escura, "disse a Professora Assistente Yuta Michimura do Departamento de Física da Universidade de Tóquio." Não conhecemos a massa dos áxions, mas geralmente pensamos que tem uma massa menor do que a dos elétrons. Nosso universo está cheio de matéria escura e estima-se que haja 500 gramas de matéria escura na Terra, sobre a massa de um esquilo. "

Axions parecem bons candidatos para matéria escura, mas uma vez que eles podem interagir muito fracamente com a matéria comum, eles são extraordinariamente difíceis de detectar. Assim, os físicos desenvolvem maneiras cada vez mais complexas de compensar essa falta de interação na esperança de revelar a assinatura reveladora da matéria escura, que constitui mais de um quarto do universo visível.

"Nossos modelos sugerem que a matéria escura axion modula a polarização da luz, que é a orientação da oscilação das ondas eletromagnéticas, "explicou Koji Nagano, um estudante de graduação no Instituto de Pesquisa de Raios Cósmicos da Universidade de Tóquio. "Essa modulação de polarização pode ser aumentada se a luz for refletida para frente e para trás muitas vezes em uma cavidade óptica composta por dois espelhos paralelos separados um do outro. Os exemplos mais conhecidos desses tipos de cavidades são os longos braços de túnel de ondas gravitacionais observatórios. "

A pesquisa de matéria escura não recebe tanta atenção ou financiamento quanto outras áreas mais aplicáveis ​​da pesquisa científica, assim, grandes esforços são feitos para encontrar maneiras de tornar a caçada econômica. Isso é relevante porque outras maneiras teóricas de observar axions envolvem campos magnéticos extremamente fortes que geram grandes despesas. Aqui, pesquisadores sugerem que os observatórios de ondas gravitacionais existentes, como o Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) nos EUA, Virgo na Itália ou KAGRA no Japão poderiam ser modificados de forma barata para caçar áxions sem prejudicar suas funções existentes.

"Com nosso novo esquema, poderíamos procurar áxions adicionando algumas ópticas de polarização na frente dos sensores de fotodiodo em detectores de ondas gravitacionais, "descreveu Michimura." O próximo passo que eu gostaria de ver é a implementação da óptica em um detector de ondas gravitacionais como o KAGRA. "

Esta ideia é promissora porque as atualizações das instalações de ondas gravitacionais não reduziriam a sensibilidade de que dependem para sua função primária, que é detectar ondas gravitacionais distantes. Têm sido feitas tentativas com experimentos e observações para encontrar o áxion, mas até agora nenhum sinal positivo foi encontrado. O método proposto pelos pesquisadores seria muito mais preciso.

"Há evidências astrofísicas e cosmológicas esmagadoras de que a matéria escura existe, mas a pergunta "O que é matéria escura?" é um dos maiores problemas pendentes da física moderna, "disse Nagano." Se pudermos detectar axions e dizer com certeza que são matéria escura, seria um evento verdadeiramente emocionante. É com isso que físicos como nós sonham. "