Experimento ALPS inicia búsqueda de materia oscura

El experimento ALPS se lleva a cabo en el centro de investigación DESY y tiene como objetivo detectar materia que debería ocurrir en el Universo cinco veces más de lo normal.

Sin embargo, hasta el momento ningún científico o investigador ha podido identificar partículas de esta sustancia. El nuevo experimento podría ser el primero de su tipo en detectar partículas particularmente ligeras y proporcionar evidencia sobre su ocurrencia.

La Plataforma de Innovación echa un vistazo al experimento y examina cómo puede revelar misterios únicos sobre nuestro Universo.

El experimento ALPS se extiende un total de 250 metros y busca un tipo de nueva partícula elemental especialmente ligera.

Para ello, utiliza 24 imanes superconductores reciclados del acelerador HERA, un haz láser intenso, interferometría de precisión y detectores de alta sensibilidad.

El equipo espera que el uso de una composición tan única permita que la máquina detecte los llamados axiones o partículas similares a los axiones. Se cree que estas partículas reaccionan muy débilmente con tipos de materia conocidos, lo que significa que no pueden detectarse en experimentos que usan aceleradores.

Por lo tanto, ALPS está recurriendo a un principio completamente diferente para detectarlos. Usando un fuerte campo magnético, los fotones (partículas de luz) podrían transformarse en estas misteriosas partículas elementales y viceversa.

Beate Heinemann, Directora de Física de Partículas en DESY, explicó: "La idea del experimento ALPS existe desde hace más de 30 años.

"El uso de componentes y la infraestructura del antiguo acelerador HERA, junto con tecnologías de última generación, significa que podemos utilizar ALPS en una colaboración internacional por primera vez".

Helmut Dosch, presidente de la junta directiva de DESY, agregó: "DESY se ha propuesto la tarea de decodificar la materia en todas sus diferentes formas. Por lo tanto, ALPS se ajusta perfectamente a nuestra estrategia de investigación y quizás abra la puerta a la materia oscura".

Para detectar la materia del axión, el experimento ALPS enviará un rayo láser de alta intensidad a lo largo de un dispositivo resonador óptico en un tubo de vacío, que tiene una longitud aproximada de 120 m.

Aquí, el haz se refleja tanto hacia atrás como hacia adelante y está encerrado por 12 imanes HERA dispuestos en línea recta. Si un fotón se convirtiera en un axión en el fuerte campo magnético, ese axión podría atravesar la pared opaca al final de la línea de imanes. Una vez atravesada la pared, entraría en otra pista magnética casi idéntica a la primera.

En esta pista, el axión puede volver a convertirse en un fotón, que el detector puede capturar al final. Aquí se instala un segundo resonador óptico para aumentar la probabilidad de que un axión se convierta de nuevo en un fotón por un factor de 10.000. Esto significa que si la luz llega detrás de la pared, debe haber sido un axión en el medio.

"Sin embargo, a pesar de todos nuestros trucos técnicos, la probabilidad de que un fotón se convierta en un axión y viceversa es muy pequeña", comentó Axel Lindner, líder del proyecto DESY y portavoz de la colaboración ALPS.

Lindner agregó: "Es como lanzar 33 dados y que todos salgan iguales".

Para que el experimento ALPS funcionara correctamente, el equipo tuvo que ajustar todos los diferentes componentes del aparato para obtener el máximo rendimiento.

Cuando está al máximo rendimiento, el experimento tiene varios beneficios:

El experimento ALPS fue propuesto originalmente por el teórico DESY Andreas Ringwald, quien también apoyó la motivación teórica del experimento con sus cálculos sobre la extensión del modelo estándar.

Él dijo: "Físicos experimentales y teóricos trabajaron juntos muy de cerca para ALPS. El resultado es un experimento con un potencial único para descubrir axiones, que incluso podríamos usar para buscar ondas gravitacionales de alta frecuencia".

La búsqueda de axiones comenzará originalmente en un modo de funcionamiento atenuado. Esto simplifica la búsqueda de "luz de fondo" que pueda indicar falsamente la presencia de axiones.

Se espera que el experimento alcance la sensibilidad total en la segunda mitad de 2023, y el espejo y los sistemas de luz alternativos se actualicen en 2024.

Lindner concluyó: "Incluso si no encontramos partículas ligeras con el experimento ALPS, el experimento cambiará los límites de exclusión para partículas ultraligeras en un factor de 1000".

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