Cómo la física real resolvió un problema que apareció en The Big Bang Theory
Un estudio publicado en Journal of High Energy Physics propone una forma viable de producir axiones, partículas hipotéticas ligadas a la materia oscura, mediante reactores de fusión nuclear como los del proyecto ITER.
CIUDAD DE MÉXICO.- En uno de los episodios más recordados de The Big Bang Theory, Sheldon Cooper y Leonard Hofstadter intentan explicar cómo podrían producirse axiones, unas partículas subatómicas hipotéticas. La escena termina con fórmulas en una pizarra y una carita triste dibujada con tiza. El mensaje era claro: el intento había fracasado.
La referencia funcionaba como un guiño para quienes siguen la física de partículas. Los axiones llevan décadas siendo una hipótesis sin confirmación experimental. En ese momento, la idea de producirlos en condiciones controladas parecía poco realista. Hoy, ese escenario empieza a cambiar.
Un equipo de físicos liderado por Jure Zupan, de la Universidad de Cincinnati, acaba de proponer una forma viable de producir axiones en reactores de fusión nuclear. El estudio fue publicado en Journal of High Energy Physics y ofrece un nuevo camino experimental para abordar uno de los grandes misterios del universo.
Qué son los axiones y por qué importan
Los axiones son partículas subatómicas hipotéticas. No tienen carga eléctrica y su masa sería extremadamente pequeña. Su interés principal está en que podrían explicar la materia oscura, un componente que representa cerca del 85 % de la materia del universo.
La materia oscura no emite luz ni puede observarse de forma directa. Sin embargo, sus efectos se detectan por su gravedad. Mantiene unidas a las galaxias, desvía la luz de objetos lejanos y deja señales medibles en el fondo de radiación del universo.
Durante años, los axiones han sido una de las principales candidatas para explicar este fenómeno. El problema es que nunca han sido detectados. Los experimentos para buscarlos suelen depender de observaciones astronómicas o detectores instalados bajo tierra, con resultados limitados.
Reactores de fusión nuclear como posible fuente de axiones
El estudio de 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.
El modelo se basa en reactores que usan deuterio y tritio como combustible y que cuentan con paredes recubiertas de litio. Este tipo de diseño se está desarrollando en el proyecto internacional ITER, ubicado en el sur de Francia.
En estos reactores se genera un flujo intenso de neutrones. Según los autores, esas partículas pueden interactuar con los materiales del reactor y provocar procesos nucleares capaces de emitir axiones. Como señala el estudio: “La emisión de partículas ligeras y débilmente acopladas como los axiones puede ocurrir durante las transiciones nucleares estimuladas por neutrones”.
Dos mecanismos posibles para producir axiones
El trabajo identifica dos vías principales para la producción de axiones en este contexto.
La primera ocurre durante transiciones nucleares inducidas por neutrones. En estas reacciones, parte de la energía liberada podría transformarse en partículas como los axiones.
La segunda vía está relacionada con la llamada bremsstrahlung, o radiación de frenado. Cuando los neutrones chocan con otras partículas y pierden energía, pueden emitir este tipo de radiación, que también podría dar lugar a axiones u otras partículas similares.
La novedad del estudio no está en usar reactores como fuente de partículas, sino en el análisis detallado de estas interacciones y en la identificación de señales específicas que permitirían distinguir la producción de axiones frente a otros procesos conocidos.
De una pizarra ficticia a nuevos cálculos teóricos
La conexión con The Big Bang Theory no es solo anecdótica. En varios episodios de la quinta temporada se muestran ecuaciones relacionadas con la producción de axiones en el núcleo del Sol y, de forma indirecta, en reactores de fusión.
Zupan señala que una de esas fórmulas calcula la probabilidad de detectar axiones generados en un reactor. El resultado, según los modelos de ese momento, era desalentador. De ahí la carita triste en la pizarra. “Sin embargo, es posible producirlos en reactores si se utilizan procesos diferentes a los del Sol”, explica el investigador.
El nuevo estudio retoma esa idea, pero propone mecanismos nucleares distintos, que no habían sido analizados con suficiente detalle. La ficción señalaba el problema, pero no la solución.
Cómo se podría detectar una partícula casi invisible
Producir axiones sería solo el primer paso. Detectarlos sigue siendo el mayor desafío. Estas partículas atraviesan la materia sin dejar señales directas y apenas interactúan con otros campos o partículas.
El estudio describe métodos indirectos para identificarlos. Uno de los más relevantes es la disociación deuterónica. Si un axión interactúa con un núcleo de deuterio, podría 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 cálculos y escenarios concretos en los que esta detección sería posible. “Mostramos que la disociación deuterónica permite explorar regiones del espacio de parámetros no accesibles por otros medios experimentales”, señalan.
Qué cambia este estudio y qué no
El trabajo de Zupan no anuncia la detección de axiones. Su aporte es distinto: ofrece una estrategia clara para buscarlos en un entorno controlado, usando infraestructura que ya existe o está en desarrollo.
Proyectos como ITER podrían adaptarse para incluir detectores especializados sin modificar su objetivo principal. Esto abre una vía complementaria a las búsquedas tradicionales basadas en observación astronómica.
En un campo donde las pruebas directas han sido escasas, este tipo de propuestas amplía las opciones disponibles. No resuelve el misterio de la materia oscura, pero acerca la posibilidad de hacerlo con datos experimentales.
Para la ciencia, y también 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 desaparecen.
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