Investigadores de la UPCT desarrollan haloscopios para detectar axiones, componentes de la materia oscura. Su tesis incluye avances en dispositivos y técnicas para experimentos de alta frecuencia en física de partículas.
La Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT) se encuentra a la vanguardia de la investigación sobre la materia oscura, contribuyendo activamente a los esfuerzos globales para desentrañar su naturaleza. En este contexto, se han desarrollado innovadoras herramientas para la detección de axiones, partículas teóricas que podrían constituir esta misteriosa forma de materia. Este trabajo se refleja en la tesis titulada ‘Diseño de estructuras resonantes y sistemas de sintonización para la mejora del rendimiento en experimentos de detección de axiones de materia oscura y ondas gravitacionales’, elaborada por José Ramón Navarro Madrid bajo la dirección del profesor Alejandro Díaz, defendida recientemente.
Dicha investigación se enfoca en el diseño y optimización de dispositivos destinados a detectar axiones y explorar su posible uso en la identificación de ondas gravitacionales de alta frecuencia, dos áreas clave dentro del campo de la física de partículas. La detección exitosa de axiones representaría un avance científico significativo, dado que se postula que estos podrían ser componentes fundamentales de la materia oscura.
En el marco de esta tesis doctoral, se han creado haloscopios específicos para dos experimentos orientados a detectar axiones en las bandas UHF (300 – 500 MHz) y W (75 – 110 GHz). Estos dispositivos son cavidades resonantes que utilizan tecnología de guía de onda, operando bajo condiciones extremas: inmersos en imanes con alto campo magnético y a temperaturas criogénicas. Estas condiciones son esenciales para maximizar la conversión de axiones en fotones y minimizar el ruido en las señales obtenidas.
Además, se han implementado sistemas avanzados de sintonización que permiten ajustar la frecuencia de detección sin afectar los parámetros críticos del experimento. Se han explorado tanto métodos mecánicos como eléctricos para lograr esta flexibilidad.
La tesis ha generado un impacto considerable en el ámbito académico, resultando en siete artículos científicos publicados en revistas especializadas y presentaciones en congresos internacionales. Asimismo, ha evidenciado cómo las cavidades resonantes pueden ser utilizadas para detectar ondas gravitacionales de alta frecuencia.
A lo largo de los últimos tres años, el nuevo doctor ha realizado estancias investigativas en prestigiosas instituciones como el Laboratorio Subterráneo de Canfranc, España; la Universidad Aalto, Finlandia; y el Instituto Tecnológico de Karlsruhe, Alemania. Todo este esfuerzo está alineado con las líneas estratégicas del grupo Electromagnetismo y Materia (GEM) de la UPCT, que desde 2016 trabaja en colaboración internacional con RADES. Esta colaboración ha permitido llevar a cabo campañas experimentales en el CERN y desarrollar un nuevo experimento con un imán potente actualmente en construcción en Hamburgo.
El proyecto también participa en CADEx, una iniciativa destinada a buscar axiones a frecuencias más elevadas. Desde 2016, estas investigaciones cuentan con financiamiento proveniente de la Agencia Estatal de Investigación (MICIU/AEI) y FEDER, UE, mediante proyectos nacionales coordinados por la Universidad de Zaragoza, incluyendo el actual PID2022-137268NBC53.
Aparte, la UPCT ha recibido apoyo adicional con el proyecto ERC SYNERGY DarkQuantum, destinado al desarrollo de técnicas novedosas para detección utilizando dispositivos cuánticos como amplificadores paramétricos y qubits. Recientemente, también se ha incorporado al experimento internacional FLASH para detectar axiones y ondas gravitatorias junto con GravNet, una red colaborativa enfocada en ondas gravitacionales a alta frecuencia.