Se acumulan las pruebas sobre partículas similares al axión

Menos de tres semanas después de que los físicos observaran una señal provisional de los axiones, otro grupo de investigación afirma tener la “evidencia más sólida hasta el momento” de las hipotéticas partículas. Las nuevas pruebas, que aparecen en datos astrofísicos, ponen más presión sobre los experimentos terrestres para encontrar una señal.

Los axiones se propusieron por primera vez a finales de la década de 1970 para resolver un problema en la física de partículas conocido como el problema CP fuerte. Si existieran serían muy ligeros e interactuarían muy débilmente con la materia, pero estas propiedades han hecho que sean difíciles de encontrar. Ningún experimento en la Tierra ha descubierto hasta ahora ninguna prueba de las partículas.

No obstante, los investigadores han predicho que los axiones podrían ayudar a la radiación electromagnética a viajar desde fuentes lejanas — tales como los núcleos “activos” de ciertas galaxias – y que este proceso podría revelar su existencia. Es más, los astrofísicos saben que los fotones de alta energía generados por los núcleos galácticos activos (AGN) deberían ser incapaces de viajar distancias intergalácticas debido a que son absorbidos por la opaca radiación del fondo de microondas del universo — aunque los telescopios aún pueden detectarlos.

A principios de mes, un grupo liderado por Malcolm Fairbairn del King’s College en Londres, encontró una prueba estadística que apuntaba que los axiones son la razón de por qué podemos detectar los fotones de alta energía. Las pruebas sugerían que los fotones se convierten temporalmente en axiones, los cuales pueden pasar por el fondo de microondas sin absorción.

Probar la dispersión

Ahora, Anne-Christine Davis de la Universidad de Cambridge, Clare Burrage del laboratorio DESY en Hamburgo y Douglas Shaw de la Universidad Queen Mary de Londres tienen una prueba astrofísica distinta para tal mecanismo de conversión de axión-fotón. Han observado de cerca las “relaciones de luminosidad” de fuentes astrofísicas compactas que describen cómo se relaciona la luminosidad de los rayos-X o los rayos gamma están relacionados con ciertas propiedades, tales como el pico de emisión de energía o la luminosidad a frecuencias menores.

Las relaciones de luminosidad no son exactas para todas las fuentes. Normalmente existe una desviación o “dispersión” sobre la relación predicha que tiene en cuenta el error de la medida y otros efectos. Davis y sus colegas han comparado los daros de dispersión de fuentes astronómicas compactas tanto con una distribución tradicional en forma de “campana de Gauss” y con una distribución que tiene en cuenta la conversión axión-fotón. Aunque los datos para los dos tipos de fuente — estallidos de rayos gamma y blázars — encajan aproximadamente con la gaussiana, los datos de 77 AGN estaban mucho más cerca de encajar con la distribución de axiones.

Los investigadores también crearon lo que llaman “huellas dactilares”, que exageran la características de los datos dispersos de todos los AGN en comparación tanto con el modelo de axiones como con el gaussiano. Visualmente, el modelo de axiones es el que mejor se acerca a los datos reales (arXiv:0902.2320; Phys. Rev. Lett. en publicación).

Confiando en la gaussiana

El grupo de Davis es cuidadoso al afirmar que podría haber otra razón desconocida por la que la distribución gaussiana tiene un pobre ajuste para los AGN, un punto repetido por otros investigadores especializados en física de axiones. “No existe razón por la que la astrofísica de los AGN se describa bien mediante una dispersión gaussiana en las relaciones de luminosidad”, explica Aaron Chou, portavoz del experimento GammeV en el Fermilab. “Por lo que, aunque los resultados del modelo de partículas similares al axión es muy sugerente, no es de ningún modo concluyente. El modelo, no obstante, es muy interesante, y espero que los autores, y otros, sean capaces de encontrar formas de comprobarlo”.

Al igual que la posibilidad de axiones revelada por Fairbairn y otros a principios de mes, el tipo de partícula que generó los resultados de Davis y sus colegas se acoplaría con la luz demasiado débilmente para ser una solución al problema CP fuerte. Además, sería demasiado ligera para ser la materia oscura.

No obstante, la partícula podría ser una solución para la energía oscura, la entidad que los físicos creen que forman más del 70% de la masa-energía del universo y causa que el universo se expanda de forma acelerada. Esto es debido a que, el lugar de ser axiones, la partícula podría ser algo similar: un camaleón. Como su tocayo reptiliano, las partículas camaleón ajustan sus propiedades para encajar con el entorno local, en el sentido de que sus interacciones con la materia son más fuertes y de alcance más lejano en un vacío que en un material más denso. De esta forma, las partículas camaleón podrían ser responsables de que vastas regiones de cosmos vacío se separen.

Davis dijo a physicsworld.com que, suponiendo que existe una partícula que produce tal efecto, podría ser posible distinguir entre axiones y camaleones observando la polarización de los rayos-X procedentes de los AGN. Ambos tipos de partícula deberían rotar la polarización, pero la diferencia en acoplamiento de los fotones indica que la polarización debería diferir en 90º. Los científicos no han registrado activamente las polarizaciones de rayos-X desde la década de 1970, aunque existen varias misiones en diseño para hacer tales medidas.

¿Una nueva física?

Aún así, sería factible buscar las partículas en la Tierra. Konstantin Zioutas, portavoz del experimento de axiones CAST en el CERN e investigador en la Universidad de Patras en Grecia, dice que el trabajo del grupo motiva a su equipo a actualizar a CAST. “Esta es ciertamente una idea muy inteligente que los autores han desarrollado teóricamente y que está sustentada en cierto grado también por las observaciones”, dice añadiendo que:: “No obstante, se necesita una verificación independiente para excluir la posibilidad de que la física convencional esté imitando a la nueva física”.

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Autor: Jon Cartwright
Fecha Original: 18 de febrero de 2009
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Vía Ciencia Kanija