Sensors quàntics aproximats al Sol serien capaços de detectar la matèria fosca

Rellotges atòmics i moleculars podrien interpretar els senyals de les interaccions que es produeixen quan la matèria fosca s’adhereix al Sol procedent del centre de la galàxia. Podrien resoldre un misteri còsmic que intriga els físics des de fa més de 30 anys i obrir les portes a una «nova física».

Astrònoms nord-americans i japonesos proposen utilitzar rellotges quàntics per detectar la matèria fosca que podria estar unida al Sol, expliquen en un article publicat a la revista ‘Nature Astronomy’.

En els últims 30 anys, els físics han utilitzat tots els mitjans al seu abast, des de potents telescopis, fins a experiments subterranis gegants i col·lisionadors de partícules, per observar d’alguna manera la matèria fosca, sense encara haver-ho aconseguit.

La matèria fosca és una substància invisible que impregna tot l’espai còsmic. Es creu que constitueix el 80% de la matèria de l’univers, si bé no emet cap tipus de radiació electromagnètica, ni interactua amb ella: és completament transparent en tot l’espectre electromagnètic.

L’existència de la matèria fosca es dedueix dels seus efectes gravitacionals sobre el moviment de les estrelles o les galàxies, així com de les diferents direccions (anisotropies) del fons còsmic de microones present en l’univers.

Els astrònoms han esbrinat on és perquè distorsiona la llum d’estrelles llunyanes: com més gran és la distorsió, més gran és la concentració de matèria fosca. Tanmateix, desconeixem completament de què està feta la matèria fosca, per la qual cosa la seva composició és una de les qüestions més importants de la cosmologia moderna.

Sensors quàntics

Sensors quànticsLa proposta realitzada per aquest equip d’investigadors, liderat per Yu-Dai Tsai, del Departament de Física i Astronomia de la Universitat de Califòrnia a Irvine, es basa en una nova tecnologia que denominen «sensors quàntics».

En aquesta categoria s’inclouen d’una banda els rellotges atòmics i de l’altra els rellotges moleculars. Els rellotges atòmics utilitzen una freqüència de ressonància atòmica per mesurar el temps que triga un àtom a vibrar. Arriben a una precisió tan elevada que només admet un error d’un segon en 30 milions d’anys.

Els rellotges moleculars es basen en el fet que les seqüències de l’ADN i proteïnes evolucionen a un ritme relativament constant al llarg del temps i entre diferents organismes. Una conseqüència directa d’aquesta constància és que la diferència genètica entre dues espècies és proporcional al temps transcorregut des de l’última vegada que aquestes espècies van compartir un ancestre comú. Aquesta hipòtesi serveix com a mètode extremament útil per estimar escales de temps com les que es donen en l’univers a nivell molecular.

Els investigadors asseguren respecte a això que sondes espacials que s’acoblen a camps d’electrons, fotons i gluons, basades en rellotges atòmics i moleculars, tant actuals com futurs, mostren prou sensibilitat per sondejar l’espai de paràmetres inexplorats de la matèria fosca.

Matèria fosca ultralleugera

Matèria fosca ultralleugeraEls autors d’aquest nou treball proposen utilitzar un sistema de dos rellotges a l’interior del sistema solar per detectar específicament una versió hipotètica de la matèria fosca coneguda com a matèria fosca ultralleugera (ULDM).

La matèria fosca ultralleugera es formaria en el centre de les galàxies en forma d’ones solitàries (solitons) i podria adherir-se al Sol deixant clara empremta de la seva presència.

La densitat del material en aquest entorn estel·lar hauria de ser prou alta com perquè els seus senyals siguin molt més clars del que serien a la Terra, segons els investigadors.

La nova investigació proposa enviar una missió espacial, que denomina SpaceQ, que, dotada de rellotges atòmics i moleculars, sigui capaç de mesurar petites variacions en les freqüències de les transicions atòmiques que es produeixen quan l’ULDM s’adhereix al Sol.

Sondejar models

Els autors d’aquest treball demostren que l’extrema sensibilitat demostrada pels rellotges quàntics a bord de SpaceQ seria capaç de detectar les empremtes de matèria fosca en l’entorn de la nostra estrella.

«La missió de la sonda solar permetria als rellotges atòmics estudiar la densitat millorada de la matèria fosca a prop del Sol i sondejar models d’objectius molt interessants i motivats que es detallen en el nostre article», declara Tsai a la revista ‘Vice’.

«A més, també podem provar la variació de les constants fonamentals, amb el canvi del potencial gravitacional, quan ens acostem al Sol. Aquesta ha sigut una de les principals motivacions fonamentals de la física per desenvolupar rellotges precisos», afegeix.

Antecedents prometedors

Antecedents prometedorsAquesta proposta està inspirada en dues missions pioneres de la NASA: el Rellotge Atòmic de l’Espai Profund, una prova d’un rellotge de navegació espacial sense precedents llançat el 2019, i la sonda Solar Parker, que es va llançar el 2018 i que ha viatjat més a prop del Sol que qualsevol altra missió.

Notícies relacionades

La sequera a l’Amazones deixa veure rostres humans antics i desconeguts

El telescopi Webb confirma que la taxa d’expansió de l’Univers continua sent una gran incògnita

SpaceQ és una combinació enlluernadora d’aquestes dues missions pioneres que integra d’una banda les maniobres de Parker per fregar el Sol i d’altra banda els sensibles mesuraments atòmics del rellotge de l’espai profund, destaca l’esmentada revista.

I, tot i que la missió SpaceQ encara és només una idea, ofereix un enfocament nou per buscar matèria fosca que podria ser potencialment molt més efectiu que les tècniques existents, a més que promet descobrir «nova física» i «estudiar molts temes de física fonamental», escriuen els investigadors en el seu article.