La scoperta dell'assone segnerebbe un episodio chiave nella storia della scienza. Questa ipotetica particella potrebbe risolvere contemporaneamente due problemi fondamentali della Fisica Moderna:il problema di Carica e Parità nell'interazione forte, e il mistero della materia oscura. Però, nonostante l'alto interesse scientifico nel trovarlo, la ricerca ad alta radiofrequenza, sopra i 6 GHz, è stata quasi lasciata da parte per la mancanza della tecnologia ad alta sensibilità che potrebbe essere costruita a costi ragionevoli. Fino ad ora.

L'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) parteciperà a una collaborazione internazionale per sviluppare l'esperimento DALI (Dark-photons &Axion-Like particelle Interferometer), un telescopio astroparticellare per la materia oscura il cui obiettivo scientifico è la ricerca di assioni e parafotoni nella banda da 6 a 60 GHz. Il prototipo, verifica teorica, è attualmente in fase di progettazione e fabbricazione presso l'IAC. Il white-paper che descrive l'esperimento è stato accettato per la pubblicazione nel Journal of Cosmology and Astroparticle Physics ( JCAP ).

Predetto dalla teoria negli anni '70, l'assone è un'ipotetica particella di piccola massa che interagisce debolmente con particelle standard come nucleoni ed elettroni, così come con i fotoni. Queste interazioni proposte sono studiate per cercare di rilevare l'assone con diversi tipi di strumenti. Una tecnica promettente è studiare l'interazione degli assioni con i fotoni standard.

"Gli assioni si "mescolano" con i fotoni sotto l'azione di un forte campo magnetico esterno, come quelli prodotti dai magneti superconduttori nei rilevatori di particelle o quelli utilizzati per la diagnostica medica mediante risonanza magnetica, e producono un debole segnale radio o microonde. Questo segnale è stato ricercato in una serie di esperimenti dalla fine degli anni '80, ed è solo il segnale che vogliamo rilevare ora con DALI, sebbene in una nuova gamma di parametri quasi inesplorata, che sarà accessibile per la prima volta grazie a questo esperimento", spiega Javier De Miguel, un ricercatore IAC e il primo autore dello studio.

I primi rivelatori di assioni, realizzati negli anni '80 e '90, utilizzato una cavità risonante che, dentro un super magnete, amplificato il debole segnale a microonde previsto dall'assione, cercando di portarlo in una gamma di potenza rilevabile da strumenti scientifici. Sfortunatamente, la dimensione della cavità è inversamente proporzionale alla frequenza di scansione e, per l'assone, i cavi erano troppo piccoli per essere realizzati per frequenze superiori a circa 6 GHz.

Per questa ragione, il nuovo esperimento riunisce le tecniche più promettenti per la scansione ad alte frequenze, e lo include in un pratico design a cui si aggiunge anche la capacità di rivelatori di astroparticelle per la materia oscura assionica. In questo modo, DALI comprende un potente magnete superconduttore, un rivelatore di assioni con un nuovo risonatore per rendere rilevabile il segnale debole causato dagli assioni, e una montatura altazimutale per consentirgli di scansionare oggetti e regioni del cielo alla ricerca di materia oscura.

Per di qua, DALI potrebbe aiutare nella rilevazione dell'assone, una particella pseudo-scalare la cui natura è simile a quella del bosone di Higgs, scoperto nel 2012 al CERN, e un candidato promettente per la materia oscura. La materia oscura è un costituente fondamentale dell'Universo che interagisce molto debolmente con la materia ordinaria, e quindi è molto difficile da rilevare direttamente, ma la cui scoperta permetterebbe di spiegare le curve di rotazione delle galassie a spirale, e perché la formazione della struttura nell'Universo si è sviluppata nel modo in cui si è sviluppata fino ad ora, tra gli altri misteri.