La materia oscura, más cerca de ser detectada

2025 Ene 10

Un equipo internacional del Donostia International Physics Center (DIPC) y de Nanyang Technological University (NTU) ha conseguido un avance que puede acercarnos a desvelar los secretos del cosmos gracias a la detección de la "materia oscura" del universo. El trabajo publicado en Science marca un hito en materiales topológicos y abre nuevas vías para la fotónica y los sistemas de comunicación

La materia oscura, más cerca de ser detectada
Representación de los estados a los que se podrían acoplar las partículas de materia oscura

Un equipo internacional, que incluye a investigadores del Donostia International Physics Center (DIPC), ha realizado un importante avance científico mediante un descubrimiento clave que podría ayudar en la detección de la materia oscura. Aun siendo crucial en la explicación de fenómenos cósmicos, la materia oscura no se ha podido detectar por medios convencionales, puesto que no interactúa con la luz y la materia ordinaria. Esta investigación pionera, publicada en la prestigiosa revista Science, marca un hito en el estudio de materiales topológicos y abre nuevas vías para el avance en fotónica y sistemas de comunicación robustos.

Según una teoría bastante reconocida, la materia oscura podría estar compuesta de unas partículas hipotéticas denominadas axiones. Se piensa que estas partículas, teorizadas en la década de los 1970, se crearon durante la formación del universo, pero su detección es realmente difícil, ya que apenas interactúan con su entorno. Sin embargo, se cree que podrían trasformarse en fotones bajo campos magnéticos fuertes, lo que sería determinante para su detección.

Este equipo internacional logró alcanzar un hito significativo al demostrar que los fotones (partículas de luz) pueden imitar el comportamiento de los axiones cuando pasan a través de estructuras cristalinas tridimensionales especialmente diseñadas. Estos cristales permiten que la luz de determinadas longitudes de onda viaje únicamente a lo largo de sus bordes y en una sola dirección, sin pérdidas o interferencias, sorteando los obstáculos con facilidad. Este movimiento reproduce el comportamiento teórico de los axiones y supone un gran avance en la investigación experimental de la materia oscura. Los hallazgos del estudio también podrían ayudar a conseguir que la transmisión de datos y la computación cuántica sean más robustas, ya que esta propiedad es esencial para una transferencia de datos robusta.

Según Chiara Devescovi y Antonio Morales, investigadores del DIPC que han desarrollado parte del trabajo teórico, “esta investigación no solo prueba la existencia de un nuevo material fotónico, sino que también establece una nueva manera de controlar y utilizar la luz en tres dimensiones. La observación experimental del comportamiento axiónico en cristales fotónicos proporciona un entendimiento importante sobre la física fundamental y sienta las bases para el desarrollo de tecnologías de última generación”.

Más allá de las comunicaciones fotónicas, “este descubrimiento podría ofrecer nuevas plataformas experimentales para explorar la electrodinámica de los axiones y otros principios fundamentales de la física, como el trenzado en cristales fotónicos. Esta investigación pone de relieve la importancia de la colaboración internacional en la resolución de desafíos científicos complejos”, añaden Aitzol Garcia-Etxarri, investigador Ikerbaque en el DIPC, y Maia Garcia Vergniory, investigadora en el DIPC y profesora en la Universidad de Sherbrooke, quienes han liderado el trabajo en el Donostia International Physics Center (DIPC).

Referencia de la publicación

"Photonic Axion Insulator"

Gui-Geng Liu, Subhaskar Mandal, Xiang Xi, Qiang Wang, Chiara Devescovi, Antonio Morales-Pérez, Ziyao Wang, Linyun Yang, Rimi Banerjee, Yang Long, Yan Meng, Peiheng Zhou, Zhen Gao8, Yidong Chong, Aitzol García-Etxarri, Maia G. Vergniory, Baile Zhang.

Science 387, (2024)

DOI: 10.1126/science.adr523

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Equipo del DIPC que participó en la investigación: Antonio Morales-Pérez, Aitzol García-Etxarri, Maia G. Verginiory y Chiara Devescovi (en la pantalla).