Datos de seguridad de un sincrotrón abren nuevas pistas en la búsqueda de los «fotones oscuros»
Un equipo internacional de físicos ha encontrado una forma inesperada de avanzar en la búsqueda de materia oscura: analizando datos de seguridad de un acelerador de partículas. Según un estudio publicado en Physical Review Letters, los registros de radiación del sincrotrón europeo ESRF (Instalación Europea de Radiación Sincrotrón), ubicado en Grenoble, Francia, han permitido establecer nuevos límites en la posible existencia de los llamados «fotones oscuros», partículas hipotéticas que podrían formar parte de la materia oscura.
La materia oscura, que según estimaciones cosmológicas representa alrededor del 27% del universo, sigue siendo uno de los mayores misterios de la física moderna. A diferencia de la materia ordinaria, no emite, absorbe ni refleja luz, lo que la hace invisible a los telescopios convencionales. Sin embargo, su presencia se infiere a través de efectos gravitacionales en galaxias y cúmulos estelares.
Un enfoque innovador: reutilizar datos de seguridad
El estudio, liderado por investigadores del Instituto Max Planck de Física Nuclear en Heidelberg (Alemania) y el ESRF, propone un método poco convencional: aprovechar los datos recopilados por los detectores de radiación instalados en el sincrotrón para monitorear la seguridad del personal y el equipo. Estos dispositivos, diseñados para medir niveles de radiación ionizante, registran eventos que podrían corresponder a la desintegración de partículas exóticas, como los fotones oscuros.
Según explica el Dr. Johannes Bernhard, científico del ESRF y coautor del estudio, «los sincrotrones generan intensos haces de rayos X, y aunque su propósito principal es la investigación en materiales y biología, los datos de seguridad que recopilan pueden tener aplicaciones inesperadas en física fundamental».
Los fotones oscuros, si existen, serían portadores de una nueva fuerza fundamental y podrían interactuar muy débilmente con la materia ordinaria. El equipo analizó más de 100 terabytes de datos de radiación recopilados durante varios años en el ESRF, buscando señales que coincidieran con las predicciones teóricas de su desintegración.
Resultados que acotan la búsqueda
Aunque el estudio no encontró evidencia directa de fotones oscuros, logró establecer límites más estrictos en sus posibles propiedades. En concreto, los datos descartan la existencia de estas partículas en un rango de masas entre 1 y 15 megaelectronvoltios (MeV), con una sensibilidad hasta 100 veces mayor que experimentos anteriores en este rango.
«Este resultado no descarta por completo la existencia de fotones oscuros, pero reduce significativamente el espacio de parámetros donde podrían esconderse», señala la Dra. Caterina Doglioni, física de partículas de la Universidad de Lund (Suecia) y coautora del trabajo. «Es un paso importante, ya que demuestra que incluso infraestructuras no diseñadas para la física de partículas pueden contribuir a resolver uno de los mayores enigmas del universo».
Implicaciones para futuras investigaciones
El enfoque adoptado por el equipo abre nuevas posibilidades para la búsqueda de materia oscura. Los sincrotrones, al ser instalaciones ampliamente utilizadas en investigación científica, generan grandes volúmenes de datos que podrían ser reanalizados con este propósito. Además, el método podría extenderse a otros tipos de aceleradores de partículas, como los colisionadores de hadrones.
El ESRF, que recientemente completó una actualización a su fuente de luz sincrotrón (ESRF-EBS), se perfila como un candidato ideal para futuros estudios. Su mayor brillo y precisión podrían permitir detectar señales aún más débiles, acercando a los científicos a una posible confirmación de la existencia de los fotones oscuros o, en su defecto, a descartar más hipótesis.
Mientras tanto, la comunidad científica celebra este ejemplo de cómo la colaboración interdisciplinaria y el aprovechamiento de datos existentes pueden acelerar el progreso en áreas aparentemente desconectadas. «Este estudio es un recordatorio de que a veces las respuestas a los grandes misterios de la física pueden estar escondidas en lugares inesperados», concluye el Dr. Bernhard.
El estudio completo, titulado «Constraints on Dark Photons from the ESRF Safety Monitors«, está disponible en acceso abierto en Physical Review Letters.
