Los relojes atómicos podrían revelar finalmente los secretos de la materia oscura

Los relojes atómicos son los instrumentos de cronometraje más exactos que tenemos: un nuevo estudio propone utilizar su fantástico nivel de precisión para detectar las más pequeñas fluctuaciones de energía, lo que podría brindar a los científicos una forma de observar algunos tipos de materia oscura y desentrañar sus misterios.

Un grupo de investigadores de la Universidad de Sussex y el Laboratorio Nacional de Física, ambos en el Reino Unido, sugiere utilizar relojes atómicos para detectar ciertas partículas de baja masa que, de acuerdo a las teorías más aceptadas por la comunidad científica, podrían conformar la enigmática materia oscura. Los fundamentos de esta idea y el diseño de un experimento para intentar probarla forman parte de un nuevo estudio, publicado recientemente en la revista New Journal of Physics.

Buscando mínimas fluctuaciones

Los relojes atómicos funcionan a partir de oscilaciones casi imperceptibles de los átomos a medida que se mueven con extrema precisión entre distintos estados de energía: así pueden medir el tiempo con una exactitud que, por el momento, es la que más se acerca a la perfección en nuestro planeta. Sin embargo, cualquier ligera variación sobre estas oscilaciones, por ejemplo provocada por la acción de una partícula ultraligera de materia oscura, podría detectarse y hasta permitiría establecer mediciones.

Según un artículo publicado en Science Alert, esa es la esperanza del equipo liderado por Nathaniel Sherrill: identificar cómo esas partículas ultraligeras, como en el caso de los hipotéticos axiones, interactúan con la materia convencional, a partir de los cambios que producirían en las oscilaciones energéticas que miden los relojes atómicos. No es sencillo: hasta el momento, todos los intentos previos por descubrir y confirmar la presencia de materia oscura han fracasado.

Este misterioso tipo de materia subyuga a los científicos: aunque no la hemos observado directamente, podemos ver sus efectos en el Universo. De acuerdo a un artículo publicado en Phys.org, desde su desarrollo como teoría sobre principios de la década de 1930, físicos de todo el mundo han elaborado teorías y experimentos para demostrar que la materia oscura existe, pero su observación y medición ha resultado imposible hasta hoy.

Alteraciones en dos constantes fundamentales

Ahora, los científicos británicos propusieron en la nueva investigación algunos modelos teóricos sobre cómo se podrían medir las variaciones en los tiempos del reloj atómico. Posteriormente, tomaron lecturas de relojes atómicos existentes para intentar demostrar la viabilidad del enfoque. El próxima paso sería montar un experimento, en el cual se pudieran comparar dos relojes atómicos: uno de ellos debería ser más susceptible a variaciones en las llamadas constantes físicas fundamentales, o sea el conjunto de valores permanentes en los cuales se sustentan las leyes universales o fuerzas fundamentales de la naturaleza.

En concreto, en este estudio los investigadores se centraron en dos constantes fundamentales: la denominada constante de estructura fina, que describe la fuerza con la cual los electrones son atraídos por los protones en un átomo, y la constante de relación de masa electrón-protón, que permite determinar el “peso” de los átomos.

Según los científicos, ambas constantes podrían verse alteradas por las interacciones con las partículas ultraligeras que supuestamente conforman la materia oscura. Al establecer límites concretos a la magnitud de estas variaciones, que indicarían la presencia de las mencionadas partículas, los físicos creen que sería factible medir la influencia de la materia oscura, confirmando finalmente su existencia.

Referencia

Analysis of atomic-clock data to constrain variations of fundamental constants. Nathaniel Sherrill et al. New Journal of Physics (2023). DOI:https://doi.org/10.1088/1367-2630/aceff6