El consorcio DarkQuantum, compuesto por instituciones globales, está aprovechando las tecnologías cuánticas en una búsqueda para descubrir los misterios de la materia oscura mediante la detección de la elusiva partícula axión.
Los investigadores de la Universidad Aalto investigarán los secretos de la materia oscura utilizando un detector cuántico de una sensibilidad sin precedentes.
En la vasta oscuridad del cosmos se esconde un tipo de materia invisible. Su presencia se ve en el flujo y reflujo ondulante de las galaxias, pero nunca se ha observado directamente. ¿Qué secretos se esconden bajo la superficie, gestándose en las profundidades?
Los físicos han teorizado durante mucho tiempo sobre la composición de materia oscura, que se cree que es cinco veces más abundante que la materia normal. Entre las hipótesis en competencia, una partícula ha surgido como una candidata prometedora: el axión.
La búsqueda de axiones del consorcio DarkQuantum
Los científicos de la Universidad Aalto están emprendiendo un proyecto de seis años para encontrar pruebas de la existencia de axiones. Lo harán como parte de un consorcio recién fundado llamado DarkQuantum, junto con investigadores de la Universidad de Zaragoza, que coordinan el proyecto, así como investigadores del Centro Nacional Francés de Investigación Científica, el Instituto Tecnológico de Karlsruhe y otras instituciones asociadas. .
Este nuevo consorcio será el primero en utilizar las últimas tecnologías cuánticas para construir sensores con una sensibilidad de escaneo sin precedentes. DarkQuantum recibió 12,9 millones de euros el 26 de octubre por parte del Consejo Europeo de Investigación, de los cuales aproximadamente 2 millones de euros están reservados para el profesor titular y docente de la Universidad Aalto Sorin Paraoanu y su grupo de investigación Superconducting Qubits and Circuit QED (KVANTTI).
Los investigadores utilizarán tecnologías cuánticas para desarrollar uno de los detectores más sensibles jamás construidos en el mundo. Crédito: Mikko Raskinen/Universidad Aalto
“Estamos asomándonos a un pozo profundo y oscuro. Si existe, el axión va más allá del modelo estándar de partículas elementales”, afirma Paraoanu. “Tal observación sería comparable en importancia al descubrimiento del bosón de Higgs a principios de la década de 2010. ¡Pero al menos con el bosón de Higgs sabían por dónde empezar a buscar!
“La naturaleza de la materia oscura es uno de los mayores misterios de la ciencia moderna”, añade el profesor de la Universidad de Zaragoza Igor García Irastorza, que también dirige el consorcio DarkQuantum. “Si la materia oscura está formada por axiones, tenemos una posibilidad real de detectarla con este proyecto”.
Aunque ha habido intentos de observar axiones en el pasado, este último esfuerzo aprovechará los fenómenos cuánticos para permitir a los investigadores filtrar mejor el ruido y repetir sus experimentos con mayor fidelidad. Ahí es donde entran Paraoanu y su equipo.
Moviendo montañas
Acércate a nuestro pequeño rincón del
” datos-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>Vía Láctea galaxia, en lo profundo de las montañas que cruzan la frontera entre España y Francia. Aquí se encuentra el Laboratorio Subterráneo de Canfranc, que albergará un sensor de alta frecuencia que los investigadores de DarkQuantum planean construir. El otro sensor de baja frecuencia estará ubicado en el sincrotrón de electrones alemán (
” datos-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>DESY) en Hamburgo.
Paraoanu y su grupo KVANTTI son los principales responsables de construir y ajustar el sensor de alta frecuencia, así como de escribir los algoritmos y el software para utilizarlo. Este sensor, llamado haloscopio, sondeará las profundidades del halo galáctico en busca de axiones.
Colocar el sensor a gran profundidad ayuda a eliminar la radiación cósmica de fondo y puede ofrecer una oportunidad única para estudiar simultáneamente ciertas técnicas de reducción de ruido para
” datos-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>computación cuántica.
“Nuestro sensor de alta frecuencia será entre 10 y 100 veces más sensible que las iteraciones anteriores y podrá escanear en la escala de unos pocos microelectrones voltios. Utilizará qubits superconductores (los mismos qubits utilizados en las computadoras cuánticas), pero cumplirán una función diferente como detectores en este halóscopio”, dice Paraoanu.
Intentos anteriores para detectar axiones han utilizado amplificadores lineales, que tienden a introducir ruido y absorber partículas de manera efectiva en el sistema. El sensor de Paraoanu se basará en mediciones cuánticas sin demolición, lo que permitirá experimentos repetidos con las mismas partículas.
“La teoría sugiere que, en un ambiente ultrafrío, podemos introducir un campo magnético que hará que los axiones presentes se descompongan en fotones. Si detectamos fotones en la cavidad, podemos concluir que los axiones están presentes en el sistema y que, de hecho, existen”, dice Paraoanu.
Una observación de este tipo sería comparable en importancia al descubrimiento del bosón de Higgs a principios de la década de 2010”.
— Sorin Paraoanu, profesor titular y docente de la Universidad Aalto
Subvención de sinergia
La beca Synergy del Consejo Europeo de Investigación es prestigiosa, y Paraoanu y su equipo son sólo los segundos en la historia de la Universidad Aalto en recibir la beca; la primera fue otorgada al profesor Risto Ilmoniemi por su continuo Proyecto ConnectToBrain.
El proyecto de seis años se dividirá en dos partes: una fase de ampliación de cuatro años, que incluye la construcción, puesta a punto y transporte de los haloscopios; y una fase experimental de dos años, en la que el equipo recopilará datos. Paraoanu espera tener vacantes para varios puestos de investigador en el proyecto en los próximos años.
Otras instituciones asociadas nombradas en la Subvención Synergy incluyen la Sociedad Max Planck para el Avance de las Ciencias, la Universidad Politécnica de Cartagena y el Consejo Nacional de Investigaciones de España.
Paraoanu y el grupo de investigación KVANTTI llevarán a cabo su trabajo utilizando equipos OtaNano. OtaNano es la infraestructura nacional de investigación de Finlandia para tecnologías micro, nano y cuánticas. En concreto, Paraoanu realizará su trabajo en el Laboratorio de Baja Temperatura, fundado por el físico finlandés Olli V. Lounasmaa. Paraoanu también participa en InstitutoQ y el nuevo Buque insignia cuántico finlandés (FQF).
2023-10-29 22:51:44
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