Materia întunecată este un mare mister al fizicii moderne: se bănuieşte că ar fi compusă din particule încă nedescoperite. Printre candidaţii la materia întunecată se numără şi axionul – particulă cu masa extrem de mică care ar putea da semnale în câmpul magnetic extrem de intens al unui magnetar.

Vânătoarea particulelor din care ar putea fi compusă materia întunecată încă nu a dat rezultate. Materia întunecată, cea care ar fi prezentă în Univers de 5-6 ori mai mult decât materia normală, şi care, prin forţa gravitaţională exercitată asupra materiei vizibile determină soarta Universului şi a structurilor din Univers, ar putea fi compusă – se crede – din particule care nu fac parte din aşa-numitul Model Standard al fizicii particulelor elementare. La ora actuală se caută aceste particule atât la acceleratoarele de particule cât şi în experimente efectuate în laboratoarele subterane. Vânătoarea a rămas însă fără rezultate până în prezent – nici urmă de particule noi. Acestea ar putea deci avea masa mult mai mare decât ceea ce se credea până acum ori, dimpotrivă, mult mai mică. Aceasta a doua situaţie este de exemplu reprezentată de aşa-numiţii axioni – particule ipotetice introduse în fizică în anii ’70 pentru a rezolva o serie de probleme legate de interacţiunea nucleară puternică în fizica particulelor. Axionii, dacă există, ar putea însă reprezenta şi (parte) din materia întunecată. Masa acestor particule ipotetice este extrem de mică – însă încă nu ştim cât de mică. Cu siguranţă mult mai mică decât cea a electronului – miliarde sau poate mii de miliarde de ori mai mică! Neavând sarcină electrică este extrem de greu de măsurat un axion. O metodă indirectă se bazează pe faptul că un axion într-un câmp magnetic intens poate – în urma interacţiunilor care au loc în acest câmp – să se transforme într-un foton cu o energie determinată de masă axionului. Există la ora actuală mai multe experimente care încearcă să măsoare fotonii generaţi de axioni în câmpuri magnetice intense. Însă fără rezultate.

Acesta este motivul pentru care într-o serie de articole recente publicate în Physical Review Letters şi Astrophysical Journal, Jeremy Darling, de la Unversity of Colorado Boulder a propus folosirea unui câmp magnetic mult mai intens decât orice câmp generat pe Pământ: câmpul magnetic al unui magnetar. Magnetarul este o stea de neutroni, cu o rază de circa 10 km, care are un câmp magnetic  de miliarde de ori mai intens decât cel mai intens câmp magnetic de pe Terra.

Magnetarul studiat de Darling este PSR J1745-2900, care orbitează în jurul masivei găuri negre ce se află în centrul galaxiei noastre, la o distanţă mai mică de un an lumină faţă de aceasta.

Dacă axionii ar constitui parte din materia întunecată ar trebui să fie extrem de mulţi în Univers. Parte dintre aceştia când trec prin câmpul magnetic intens din jurul magnetarului observat ar trebui să se transforme în fotoni.

Cu ajutorul observatorului Very Large Array, din New Mexico, au fost măsurate radiaţiile emise de către magnetarul PSR J1745-2900. Cum nu se ştie care ar fi masa axionilor, nu se ştie nici energia ipoteticilor fotonilor generaţi de aceştia în câmpul magnetic. Din această cauză Darling a căutat semnale la mai multe energii, nereuşind însă să găsească nimic semnificativ. Rezultatul este totuşi extrem de util întrucât ne arată unde să căutăm (sau nu) semnale generate de axioni în experimentele din laboratoarele noastre. Pe de altă parte această metodă în viitor ar putea fi aplicată şi în cazul altor magnetari şi/sau măsurători ale spectrelor de radiaţie emise de aceştia, în vânătoarea axionilor, particulele care ar rezolva simultan o problemă din fizica interacţiunilor nucleare puternice şi o problemă din cosmologie: compoziţia materiei întunecate.

[Articol scris de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesor la Colegiului Naţional “Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe]