26/11/2014 - La Universidad de Zaragoza lidera el proyecto para construir el mayor Observatorio de axiones del mundo

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Comienza el diseño del imán de 25 metros de largo y 5 de diámetro, formado por ocho bobinas superconductoras, para demostrar la existencia de unanueva partícula que explique la materia oscura. El observatorio actuaría como unas gafas para ver los axiones, que hipotéticamente provienen del Sol, y que se transformarían en rayos X en el imán Igor García Irastorza, coordinador del proyecto internacional IAXO, dirige al grupo investigador del campus aragonés y único español participante Esta nueva estructura sería más específica y potente y sustituiría al Telescopio de Axiones Solares (CAST), ubicado en la actualidad en el CERN

El papel de la Universidad de Zaragoza es clave en la puesta en marcha del proyecto para construir el mayor Observatorio de axiones del mundo, que sería más potente y sustituiría al Telescopio de Axiones Solares (CAST), ubicado en la actualidad en el Centro Europeo para la Investigación Nuclear (CERN).  Y todo gracias al grupo de físicos aragoneses, que dirige Igor García Irastorza, investigador que lidera y coordina el proceso de puesta en marcha de IAXO, en una colaboración internacional, con 90 científicos de 14 países, y donde los únicos españoles son los aragoneses.

El objetivo es construir un imán superconductor toroidal, de 25 metros de largo y 5 de diámetro, formado por ocho bobinas superconductoras,  que permita detectar una nueva partícula, el axión, que explique la materia oscura que se formó justo después del Big Bang. De hecho, la materia que compone todo lo que se puede observar representa tan solo un 4% del Universo. Un 23% es ‘materia oscura’, un tipo de materia no convencional que es invisible. El axión podría además arrojar luz sobre al hecho de por qué el Universo está lleno de materia y no de antimateria.

El nuevo experimento contempla la construcción de un imán nuevo específico gigante, al que  se le acoplarían ocho sistemas de detección, cada uno de ellos con óptica de rayos X y un detector de rayos X. Como parte del diseño técnico del experimento, que comienza ahora, se realizarán prototipos demostradores de los detectores de rayos X, las ópticas y la bobinas superconductoras del imán, actividades que tendrán un coste de unos dos millones de euros. La Universidad de Zaragoza albergará un prototipo de detector de rayos X, a diseñar y construir en los próximos 3 años.

El coste total de la construcción del observatorio, si finalmente se acomete, rondaría los 70 millones de euros y posiblemente se instalaría en el CERN, aunque es una decisión aún no cerrada. El nuevo observatorio, IAXO, sustituiría y mejoraría al actual Telescopio de Axiones Solares (CAST) del CERN, en el que trabaja este equipo de investigación internacional, buscando esta partícula hipotética, el axión. Este telescopio usa un potente imán superconductor orientado al Sol para intentar ver estas partículas.

“Los axiones provendrían del Sol pero no se pueden ver puesto que no interactúan con casi nada. Sin embargo, al atravesar el imán pueden transformarse en rayos X. Por lo tanto, lo que necesitamos es poner detectores de rayos X detrás del imán, y apuntar hacia al Sol para ver si se observa un exceso de rayos X en los detectores. IAXO es como un gran telescopio de rayos X, solo que además tiene un gran imán delante”, explica Igor García Irastorza,  portavoz de esta nueva iniciativa e investigador principal de una Starting Grant del Consejo Europeo de Investigación, con la que se ha desarrollado uno de los pilares tecnológicos de IAXO.

En total, el observatorio tendrá una longitud de 25 metros, (20 del imán, más cinco de longitud de las líneas de detección) y debería estar instalado sobre una plataforma que permitiera mover y orientar el imán al sol, en un lugar cubierto.

Los axiones aparecen en las llamadas extensiones del Modelo Estándar de Física de Partículas, la teoría que describe las partículas elementales y sus interacciones (como la tabla periódica describe los elementos químicos). El bosón de Higgs era la última partícula que faltaba por descubrir para completar este modelo. Su descubrimiento, sin embargo, no agota la física de partículas, más bien al contrario.

El axión, un fotón "extraño"

El axión se habría producido en grandes cantidades al principio del Universo. En teoría, estos axiones seguirían existiendo hoy y podrían componer la materia oscura del Universo, que supone un cuarto de todo el cosmos pero aún no ha sido detectada. Se puede considerar el axión como un fotón "extraño". De hecho, la teoría predice que, de existir, se podría transformar en fotón (y viceversa) en el seno de campos electromagnéticos, propiedad crucial para los experimentos que buscan su detección. Así, los axiones se podrían producir y detectar tanto en las estrellas como en el laboratorio, mediante el uso de potentes campos magnéticos.

El ingrediente principal de un experimento de axiones es pues un potente imán. Este es el caso de los helioscopios, que buscan axiones producidos por el Sol. El helioscopio más potente es el Telescopio de Axiones Solares del CERN (CAST), que usa uno de los prototipos de los imanes superconductores del Gran Colisionador de Hadrones (LHC). "Después de una década buscando axiones solares, CAST ha puesto los límites más estrictos al acoplo axión-fotón  en un amplio rango de masas, superando los límites astrofísicos por primera vez", asegura Igor García Irastorza, investigador de la Universidad de Zaragoza participante en CAST.

Sin embargo, "para avanzar en la búsqueda del axión se requiere una infraestructura completamente nueva", remarca Irastorza. Así nació la propuesta del Observatorio Internacional de Axiones (IAXO).

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