Una escena de la serie The Big Bang Theory dejó una imagen difícil de olvidar para los seguidores de la ciencia. Sheldon Cooper y Leonard Hofstadter intentaban explicar cómo podrían producirse los axiones, unas partículas subatómicas hipotéticas. Tras llenar la pizarra de fórmulas, el intento terminaba en fracaso, simbolizado por una carita triste dibujada con tiza. Durante años, esa escena reflejó bastante bien el estado real de la física: los axiones eran una idea elegante, pero sin una vía clara para comprobarse.
Hoy, esa situación comienza a cambiar. Un grupo de físicos liderado por Jure Zupan, de la Universidad de Cincinnati, presentó un estudio que propone una forma viable de producir axiones en reactores de fusión nuclear. El trabajo fue publicado en el Journal of High Energy Physics y plantea un nuevo camino experimental para investigar uno de los grandes enigmas del universo.
QUÉ SON LOS AXIONES Y POR QUÉ INTERESAN A LA CIENCIA
Los axiones son partículas subatómicas hipotéticas, sin carga eléctrica y con una masa extremadamente pequeña. Su importancia radica en que podrían explicar la materia oscura, un componente invisible que representa cerca del 85 por ciento de la materia del universo.
Aunque la materia oscura no puede observarse directamente, sus efectos son evidentes. Su gravedad mantiene unidas a las galaxias, influye en la forma en que se mueve la materia visible y deja huellas en la radiación de fondo del universo. Desde hace décadas, los axiones son una de las principales candidatas para explicar este fenómeno, pero hasta ahora no habían sido detectados de manera directa.
El problema ha sido siempre el mismo: cómo producirlos o encontrarlos en cantidades suficientes como para medirlos. La mayoría de los experimentos se han centrado en observaciones astronómicas o en detectores subterráneos con resultados limitados.
REACTORES DE FUSIÓN NUCLEAR COMO NUEVA ALTERNATIVA
El estudio encabezado por Zupan propone un enfoque distinto. En lugar de buscar axiones en el espacio o en entornos naturales extremos, sugiere producirlos en reactores de fusión nuclear, bajo condiciones controladas.
El modelo se basa en reactores que utilizan deuterio y tritio como combustible, con paredes recubiertas de litio. Este tipo de diseño está siendo desarrollado en el proyecto internacional ITER, ubicado en el sur de Francia. En estos reactores se genera un flujo intenso de neutrones, una característica clave para la propuesta.
Según el equipo de investigación, esos neutrones pueden interactuar con los materiales del reactor y provocar procesos nucleares capaces de emitir axiones. El estudio señala que durante ciertas transiciones nucleares pueden liberarse partículas ligeras y débilmente acopladas, como los axiones.
DOS MECANISMOS PARA PRODUCIR AXIONES
El trabajo identifica dos vías principales para la posible producción de axiones dentro de un reactor de fusión.
La primera ocurre durante transiciones nucleares inducidas por neutrones. En estas reacciones, parte de la energía liberada podría transformarse en axiones.
La segunda vía está relacionada con la bremsstrahlung, o radiación de frenado. Cuando los neutrones chocan con otras partículas y pierden energía, pueden emitir este tipo de radiación, que en determinadas condiciones también podría generar axiones u otras partículas similares.
La aportación clave del estudio no es solo proponer a los reactores como fuente, sino analizar con detalle estas interacciones y describir señales específicas que permitirían distinguir la producción de axiones de otros procesos conocidos.
DE LA FICCIÓN TELEVISIVA A NUEVOS CÁLCULOS CIENTÍFICOS
La conexión con The Big Bang Theory va más allá de una simple referencia cultural. En varios episodios de la serie aparecen ecuaciones reales relacionadas con la producción de axiones en el núcleo del Sol y, de manera indirecta, en reactores de fusión.
Zupan explica que una de esas fórmulas calcula la probabilidad de detectar axiones generados en un reactor. En los modelos de hace años, el resultado era poco alentador, lo que justificaba la carita triste en la pizarra. Sin embargo, el nuevo estudio muestra que es posible producirlos si se consideran procesos nucleares distintos a los que ocurren en el Sol.
La serie planteaba el problema, pero no tenía la respuesta. Este trabajo retoma esa idea y propone mecanismos que no habían sido explorados con suficiente profundidad.
EL DESAFÍO DE DETECTAR UNA PARTÍCULA CASI INVISIBLE
Producir axiones sería solo el primer paso. Detectarlos sigue siendo el mayor reto. Estas partículas interactúan muy poco con la materia y atraviesan los materiales sin dejar señales directas.
El estudio describe métodos indirectos para identificarlos, como la disociación deuterónica. En este proceso, un axión podría interactuar con un núcleo de deuterio y separarlo en un protón y un neutrón. Detectar estos productos permitiría inferir la presencia del axión.
La viabilidad de esta técnica depende de factores como la intensidad del flujo de axiones, la energía de los neutrones y la sensibilidad de los detectores. El equipo presenta escenarios concretos en los que esta detección sería posible y permitiría explorar regiones que otros experimentos no pueden alcanzar.
QUÉ CAMBIA ESTE ESTUDIO Y QUÉ QUEDA PENDIENTE
El trabajo de Zupan no anuncia el descubrimiento de los axiones. Su aporte es ofrecer una estrategia clara y realista para buscarlos en un entorno controlado, utilizando infraestructura que ya existe o está en desarrollo.
Reactores como ITER podrían adaptarse para incluir detectores especializados sin alterar su objetivo principal. Esto abriría una vía complementaria a las búsquedas tradicionales basadas en observaciones astronómicas.
Aunque el misterio de la materia oscura sigue sin resolverse, esta propuesta amplía las opciones experimentales disponibles. Para la ciencia, y para quienes recuerdan aquella pizarra con una carita triste en la televisión, el mensaje es claro: algunas ideas tardan años en encontrar el camino correcto, pero no se abandonan.
