Llevando dos relojes atómicos a bordo de una sonda espacial cerca del Sol, los físicos esperan aprender más sobre la existencia de la materia oscura superligera.
La materia oscura es uno de los grandes misterios de la física moderna. A partir de los movimientos de estrellas y galaxias, los físicos deducen que en el universo hay más de cinco veces más masa de la que observamos. Como esta materia oscura no emite luz ni otra radiación medible, es increíblemente difícil de observar, y los físicos llevan décadas buscándola en vano.
Una misión espacial con relojes atómicos presentada en la revista Nature Astronomy puede cambiar esta situación. Las variaciones en el tic-tac de estos relojes podrían revelar la presencia de partículas superligeras de materia oscura, más ligeras que los electrones.
Partículas onduladas
Si la materia oscura consiste en partículas superligeras, se comportarán más como ondas que como canicas duras. Eso es lo que predice la mecánica cuántica. Una posible partícula candidata teórica para esta materia oscura superligera es el axión, pero también hay otras partículas candidatas.
Los relojes atómicos utilizan la gran regularidad con la que los electrones de los átomos saltan de un nivel de energía a otro para medir el tiempo con precisión. Ya se emplean, por ejemplo, en la navegación por satélite: cada satélite GPS lleva un reloj atómico para determinar ubicaciones.
Según las predicciones teóricas, los electrones y protones del núcleo atómico interactuarían de forma sutilmente distinta en las proximidades de partículas de materia oscura. Esto afecta a los niveles de energía y, por tanto, a la velocidad del reloj atómico. Dado que las partículas ligeras de materia oscura se comportan como ondas, esta velocidad de reloj variará con el tiempo, lo que puede detectarse.
Cerca del sol
“El experimento buscaría un patrón de oscilación relativamente lento determinado por la masa exacta de las partículas de materia oscura”, señala por correo electrónico el físico Joshua Eby, del Instituto de Investigación Kavli de la Universidad de Tokio.
Para medirlo, los investigadores quieren enviar relojes atómicos al Sol. Las partículas de materia oscura del sistema solar sienten la atracción gravitatoria del Sol, por lo que se agrupan en un halo de materia oscura alrededor del Sol.
“Se necesitan dos relojes para esta misión porque buscamos pruebas de que la materia oscura acelera o ralentiza el tictac del reloj”, explica Eby. “Y para saber lo rápido que va tu reloj, tienes que compararlo con otro. La idea es comparar dos relojes cuyo tictac responda de forma diferente a la presencia de materia oscura”.
Tecnología existente
Si la medición tiene éxito, a partir de la diferencia entre los dos relojes atómicos se podrá deducir, entre otras cosas, la masa de las partículas de materia oscura, escriben los investigadores. Eby: “Otro aspecto interesante de una misión de este tipo es la posibilidad de explorar diferentes regiones del espacio y medir sobre el terreno la densidad de la materia oscura en el sistema solar. Así se puede crear un mapa de dónde está la materia oscura”.
Aún no hay planes concretos para llevar a cabo este experimento. Pero la tecnología ya existe: la sonda solar Parker de la NASA ya ha volado a la atmósfera del Sol y los relojes atómicos a bordo de satélites GPS son mortalmente comunes. “Una futura misión similar a la Parker Solar Probe, pero con tecnología de reloj atómico a bordo, sería suficiente para llevar a cabo esta búsqueda”, afirmó Eby.