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Los físicos dan un paso decisivo: el avance que podría cambiar lo que sabemos del Big Bang y del origen del universo

Científicos señalan dónde está realmente el centro del universo: no es ni el Sol ni la Tierra

  • Janire Manzanas
  • Graduada en Marketing y experta en Marketing Digital. Redactora en OK Diario. Experta en curiosidades, mascotas, consumo y Lotería de Navidad.

Durante décadas, la materia oscura ha sido uno de los mayores misterios de la física moderna; Invisible, imposible de detectar de forma directa y, sin embargo, fundamental para explicar cómo se formó y evolucionó el universo tras el Big Bang. Ahora, un nuevo estudio teórico liderado por el físico Jure Zupan, de la Universidad de Cincinnati (Estados Unidos), propone una vía sorprendente para avanzar en su comprensión: los reactores de fusión nuclear podrían convertirse en fábricas de partículas asociadas a la materia oscura.

El problema que Zupan y su equipo dicen haber resuelto lo plantearon  Sheldon Cooper y Leonard Hofstadter, protagonistas de la serie «The Big Bang Theory». En varios episodios de la quinta temporada, ambos personajes intentan calcular cómo producir y detectar axiones en un reactor de fusión, sin lograrlo. Más de una década después, la física teórica parece haber descifrado el misterio.

¿Qué son los axiones y por qué importan?

Los axiones son partículas hipotéticas que podrían desempeñar un papel clave en la composición de la materia oscura. No podemos verla, pero sí inferir su existencia a partir de sus efectos gravitatorios.

Una de las hipótesis más sólidas es que la materia oscura esté formada por partículas extremadamente ligeras, entre ellas los axiones. Confirmar su existencia ayudaría a cerrar algunas de las grandes incógnitas sobre el origen y la estructura del cosmos, casi 14.000 millones de años después del Big Bang.

«Los axiones son una de las principales candidatas para explicar la materia oscura, un componente invisible que, según los físicos, constituye la mayor parte de la materia del universo y resulta esencial para entender su evolución tras el Big Bang, hace casi 14.000 millones de años. Aunque la materia oscura no se ha observado directamente, su existencia se deduce por sus efectos gravitatorios sobre galaxias y estrellas. Una de las hipótesis más aceptadas es que esté formada por partículas extremadamente ligeras, como los axiones, que no interactúan con la luz pero sí influyen en la estructura del cosmos», detalla la Universidad de Cincinnati.

De la teoría a los reactores de fusión

En el estudio, publicado en el Journal of High Energy Physics, Zupan y sus coautores (investigadores del Laboratorio Nacional Fermi, el MIT y el Technion-Israel Institute of Technology) analizan un tipo concreto de reactor de fusión. Se trata de un reactor que utiliza deuterio y tritio como combustible y que cuenta con un revestimiento de litio en sus paredes para generar energía limpia y prácticamente ilimitada.

Sin embargo, el trabajo sugiere que también podría servir para producir partículas del llamado «sector oscuro», gracias a la enorme cantidad de neutrones que se generan durante la fusión. «Los neutrones interactúan con el material de las paredes del reactor. Las reacciones nucleares resultantes pueden crear nuevas partículas», explica Zupan.

El segundo mecanismo identificado por el equipo tiene que ver con un proceso bien conocido en física: la radiación de frenado, o bremsstrahlung. Cuando los neutrones chocan con otras partículas y se ralentizan, liberan energía. En determinadas condiciones, esa energía podría dar lugar a la aparición de nuevas partículas subatómicas.

Donde fallaron Sheldon y Leonard

En varios episodios de «The Big Bang Theory» aparecieron varias ecuaciones y diagramas en las pizarras del apartamento de Sheldon y Leonard. Según Zupan, esas ecuaciones describían la producción de axiones en el Sol y trataban de extrapolar el proceso a un reactor de fusión.

El problema, explica el científico, es que el Sol es un objeto inmenso, que produce cantidades colosales de energía y partículas. Comparado con él, es muy difícil que un reactor de fusión terrestre genere axiones detectables mediante los mismos procesos.

«El Sol tiene muchas más posibilidades de producir partículas que lleguen a la Tierra que un reactor de fusión, si usamos exactamente los mismos mecanismos», señala Zupan. «Pero lo que mostramos en nuestro trabajo es que existen otros procesos diferentes que sí podrían funcionar en reactores».

Aunque el trabajo de Zupan y sus compañeros es teórico, abre una puerta fascinante. Si los reactores de fusión del futuro pueden producir axiones o partículas similares, podrían convertirse en herramientas experimentales para estudiar la materia oscura en condiciones controladas, algo que hasta ahora ha sido extremadamente difícil.

«En su estudio, Zupan y su equipo analizan un reactor de fusión alimentado por deuterio y tritio, con un revestimiento de litio, desarrollado por una colaboración internacional en el sur de Francia. Este tipo de reactor generaría un gran flujo de neutrones que, al interactuar con los materiales de las paredes o al frenarse mediante procesos como la radiación de frenado (bremsstrahlung), podrían dar lugar a nuevas partículas del llamado sector oscuro, incluidos axiones o partículas similares. Según Zupan, esta es la clave que faltaba en los cálculos mostrados en la serie: aunque el Sol produce más partículas por su enorme tamaño y energía, los reactores podrían generarlas mediante mecanismos distintos».