Os cientistas foram capazes de observar o universo e determinar que cerca de 80% de sua massa parece ser "matéria escura, "que exerce uma atração gravitacional, mas não interage com a luz, e, portanto, não pode ser visto com telescópios. Nosso conhecimento atual da cosmologia e da física nuclear sugere que a matéria escura pode ser feita de axions, partículas hipotéticas com propriedades de simetria incomuns.

Em um novo artigo publicado em Cartas de revisão física e destacado como sugestão do Editor, Os pesquisadores do ICFO Pau Gomez, Ferran Martin, Chiara Mazzinghi, Daniel Benedicto Orenes, e Silvana Palacios, liderado pelo ICREA Prof. no ICFO Morgan W. Mitchell, relatório sobre como procurar áxions usando as propriedades exclusivas dos condensados ​​de Bose-Einstein (BECs).

O axion, se existe, implicaria em "forças dependentes de spin exóticas". Magnetismo, a força dependente do spin mais conhecida, faz com que os elétrons apontem seus spins ao longo do campo magnético, como uma agulha de bússola que aponta para o norte. O magnetismo é carregado por fótons virtuais, ao passo que forças "exóticas" dependentes do spin seriam transportadas por axions virtuais (ou partículas semelhantes a axions). Essas forças atuariam tanto nos elétrons quanto nos núcleos, e seria produzido não apenas por ímãs, mas também por assunto comum. Para saber se axions existem, uma boa maneira é olhar e ver se os núcleos preferem apontar para outro assunto.

Vários experimentos já estão procurando por essas forças, usando "comagnetômetros, "que são sensores magnéticos pareados no mesmo lugar. Ao comparar os sinais dos dois sensores, o efeito do campo magnético comum pode ser cancelado, deixando apenas o efeito da nova força. Até aqui, os comagnetômetros só foram capazes de detectar forças dependentes do spin que atingem cerca de um metro ou mais. Para procurar forças dependentes de spin de curto alcance, um comagnetômetro menor é necessário.

Os condensados ​​de Bose Einstein (BECs) são gases resfriados quase ao zero absoluto. Porque BECs são superfluidos, seus átomos constituintes estão livres para girar por vários segundos sem qualquer atrito, tornando-os excepcionalmente sensíveis a campos magnéticos e novas forças exóticas. Um BEC também é muito pequeno, cerca de 10 micrômetros de tamanho. Para fazer um comagnetômetro BEC, Contudo, requer a resolução de um problema complicado:como colocar dois magnetômetros BEC no mesmo pequeno volume.

Em seu estudo, Gomez e seus colegas relatam que foram capazes de resolver este problema usando dois estados internos diferentes do mesmo 87Rb BEC, cada um agindo como um magnetômetro separado, mas co-localizado. Os resultados do experimento confirmam a alta imunidade prevista ao ruído do campo magnético comum e a capacidade de procurar forças exóticas com alcances muito mais curtos do que em experimentos anteriores. Além de procurar axions, a técnica também pode melhorar as medições de precisão da física de colisão ultracold e estudos de correlações quânticas em BECs.