Upptäckten av axionen skulle markera en nyckelepisod i vetenskapens historia. Denna hypotetiska partikel skulle kunna lösa två grundläggande problem inom modern fysik på samma gång:problemet med laddning och paritet i den starka interaktionen, och mysteriet med mörk materia. Dock, trots det stora vetenskapliga intresset för att hitta det, sökningen på hög radiofrekvens – över 6 GHz – har nästan lämnats åt sidan på grund av bristen på högkänslig teknik som skulle kunna byggas till rimliga kostnader. Tills nu.

Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) kommer att delta i ett internationellt samarbete för att utveckla DALI-experimentet (Dark-photons &Axion-Like Particles Interferometer), ett astro-partikelteleskop för mörk materia vars vetenskapliga mål är att söka efter axioner och parafotoner i 6 till 60 GHz-bandet. Prototypen, bevis på koncept, är för närvarande i design- och tillverkningsfasen vid IAC. Vitboken som beskriver experimentet har godkänts för publicering i Journal of Cosmology and Astropartikelfysik ( JCAP ).

Förutspått av teori på 1970-talet, axionen är en hypotetisk lågmassapartikel som interagerar svagt med standardpartiklar som nukleoner och elektroner, såväl som med fotoner. Dessa föreslagna interaktioner studeras för att försöka detektera axionen med olika typer av instrument. En lovande teknik är att studera interaktionen mellan axioner och standardfotoner.

"Axioner "blandar" med fotoner under verkan av ett starkt externt magnetfält, såsom de som produceras av supraledande magneter i partikeldetektorer eller de som används för medicinsk diagnostik genom magnetisk resonans, och producera en svag radio- eller mikrovågssignal. Denna signal har letats efter i en mängd olika experiment sedan slutet av 80-talet, och det är bara signalen som vi vill upptäcka nu med DALI, fastän i ett nytt nästan outforskat spektrum av parametrar, som kommer att vara tillgänglig för första gången tack vare detta experiment", förklarar Javier De Miguel, en IAC-forskare och studiens första författare.

De första axionsdetektorerna, gjorda på 80- och 90-talen, använde en resonanshålighet som, inuti en supermagnet, förstärkte den svaga mikrovågssignalen som förutspåtts från axionen, försöker få den till ett effektområde som kan detekteras av vetenskapliga instrument. Tyvärr, storleken på kaviteten är omvänt proportionell mot skanningsfrekvensen och, för axionen, hålen var för små för att göras för frekvenser större än cirka 6 GHz.

Av denna anledning, det nya experimentet samlar de mest lovande teknikerna för att skanna vid höga frekvenser, och inkluderar den i en praktisk design till vilken också kapaciteten hos astro-partikeldetektorer för axionisk mörk materia läggs. På det här sättet, DALI består av en kraftfull supraledande magnet, en axionsdetektor med en ny resonator för att göra den svaga signalen som orsakas av axionerna detekterbar, och ett altazimutfäste för att låta den skanna föremål och regioner på himlen och leta efter mörk materia.

Den här vägen, DALI kan hjälpa till att detektera axionen, en pseudo-skalär partikel vars natur liknar Higgs-bosonens, upptäcktes 2012 vid CERN, och en lovande kandidat för mörk materia. Mörk materia är en grundläggande beståndsdel i universum som interagerar mycket svagt med vanlig materia, och är därför mycket svår att upptäcka direkt, men vars upptäckt skulle tillåta oss att förklara rotationskurvorna för spiralgalaxerna, och varför bildandet av struktur i universum har utvecklats på det sätt som det har gjort fram till nu, bland andra mysterier.