La ciencia imita a la ficción: resuelven un problema que había sido planteado en un capítulo de “The Big Bang Theory”

Un equipo internacional de físicos ha logrado resolver un dilema teórico que permanecía sin respuesta desde que los personajes Sheldon Cooper y Leonard Hofstadter lo plantearan en la popular serie The Big Bang Theory: determinar cómo podrían producirse los misteriosos axiones en condiciones experimentales reales.

El hallazgo, publicado recientemente en el Journal of High Energy Physics, no solo cierra un círculo entre ficción y ciencia, sino que abre nuevas puertas a la comprensión de la materia oscura, uno de los mayores enigmas del universo.

Axiones: la apuesta de la física contra la materia oscura

La materia oscura constituye el 85% de la masa del universo, pero resulta invisible para los telescopios y no puede observarse ni reflejar radiación. Su existencia se deduce por los efectos gravitacionales: mantiene unidas a las galaxias, curva la luz de objetos lejanos y deja una huella específica en el fondo de microondas cósmico.

Desde hace décadas, los científicos han tratado de identificar la partícula responsable, y entre las candidatas más sólidas figuran los axiones, partículas subatómicas extremadamente ligeras y sin carga eléctrica.

El problema, que en The Big Bang Theory se presentaba con pizarras llenas de ecuaciones y una cara triste dibujada en tiza, reflejaba la frustración real de la física de partículas: hasta hoy, los axiones jamás han sido detectados. Sin embargo, muchos experimentos alrededor del mundo siguen tras su pista, convencidos de que estos “ladrillos de la materia oscura” podrían haberse generado en grandes cantidades tras el Big Bang.

Según el estudio liderado por Jure Zupan de la Universidad de Cincinnati, la clave podría estar en los reactores de fusión nuclear. A diferencia de enfoques anteriores, que dependían de observaciones astronómicas o de detectores ubicados en minas profundas, la propuesta se basa en utilizar reactores experimentales capaces de generar axiones de forma controlada y medible.

“La emisión de partículas ligeras y débilmente acopladas como los axiones puede ocurrir durante las transiciones nucleares estimuladas por neutrones”, explicaron los autores.

Reactores de fusión y una solución inspirada en la ficción

El estudio se basa en un tipo particular de reactor de fusión, alimentado con deuterio y tritio y cuyas paredes están recubiertas de litio. Este diseño, desarrollado dentro del proyecto internacional ITER en el sur de Francia, genera un intenso flujo de neutrones a partir de las reacciones de fusión. Los investigadores sostienen que esos neutrones, al interactuar con los materiales del reactor, pueden desencadenar procesos nucleares que den lugar a partículas exóticas como los axiones.

Además, los autores del estudio describen un segundo mecanismo: la radiación de frenado o bremsstrahlung. Cuando los neutrones colisionan y pierden energía, pueden emitir esta forma especial de radiación, que también sería capaz de producir axiones. Así, “la novedad de esta propuesta está en su enfoque sistemático para identificar firmas específicas de producción de axiones en contextos energéticos concretos”, destaca el artículo, que se apoya en modelos teóricos avanzados y simulaciones detalladas.

Curiosamente, la hipótesis general ya había sido sugerida en la propia serie The Big Bang Theory. En la quinta temporada, varios episodios hacen referencia a ecuaciones que describen cómo podrían surgir axiones en el núcleo del Sol, y en una escena, una fórmula calcula la probabilidad de detectarlos en un reactor de fusión. El resultado era desalentador. “Sin embargo, es posible producirlos en reactores si se utilizan procesos diferentes a los del Sol”, afirma Zupan.

El trabajo del equipo va más allá de la ficción, proponiendo mecanismos de producción que no habían recibido atención suficiente hasta ahora y que pueden ser investigados experimentalmente en instalaciones como ITER.

El desafío de detectar axiones y el futuro de la búsqueda

Producir axiones en un reactor sería un avance notable, pero el verdadero reto es detectarlos, ya que estas partículas atraviesan la materia sin interactuar y no emiten radiación.

El estudio sugiere estrategias experimentales como el uso de núcleos de deuterio, que podrían descomponerse en un protón y un neutrón al interactuar con un axión. Detectar estos productos permitiría inferir la presencia del axión.

La sensibilidad de este método depende de factores como la intensidad del flujo de axiones, la energía de los neutrones, el tipo de detector y el nivel de ruido de fondo. El equipo de Zupan ofrece estimaciones y escenarios en los que la técnica podría ser viable. “Mostramos que la disociación deuterónica permite explorar regiones del espacio de parámetros no accesibles por otros medios experimentales”, concluyeron los autores.

Aunque el estudio no supone la detección definitiva de los axiones, proporciona una hoja de ruta clara y fundamentada para su búsqueda en entornos controlados, lo que lo diferencia de otras propuestas más especulativas o dependientes de fenómenos cósmicos difíciles de replicar. Los retos técnicos siguen siendo significativos, pero la infraestructura necesaria ya está disponible o en desarrollo.

Proyectos como ITER podrían adaptarse para incorporar detectores especializados y, así, contribuir a resolver uno de los mayores misterios de la ciencia moderna. En palabras del propio Zupan, “es posible producirlos en reactores si se utilizan procesos diferentes a los del Sol”.

De este modo, la física de partículas y la ingeniería energética avanzan juntas hacia la exploración de nuevas fronteras, mientras la ciencia real da respuesta a un problema nacido en la ficción.