La materia oscura è nota solo per il suo effetto su corpi astronomici massicci, ma deve ancora essere direttamente osservato o addirittura identificato. Una teoria su cosa potrebbe essere la materia oscura suggerisce che potrebbe essere una particella chiamata assione e che questi potrebbero essere rilevabili con esperimenti basati su laser che già esistono. Questi esperimenti laser sono osservatori di onde gravitazionali.

La caccia alla materia oscura è aperta. Ci sono molte teorie su che tipo di cose potrebbe rivelarsi, ma molti fisici credono che la materia oscura sia una particella massiccia che interagisce debolmente, o WIMP. Ciò significa che non interagisce facilmente con la materia ordinaria. Sappiamo che questo è vero perché non è stato ancora visto direttamente. Ma deve anche avere almeno una massa poiché la sua presenza può essere dedotta dalla sua attrazione gravitazionale.

Ci sono stati enormi sforzi per rilevare la materia oscura WIMP, anche con il Large Hadron Collider in Svizzera, ma le WIMP non sono ancora state osservate. Una particella candidata alternativa che attira l'attenzione è l'assione.

"Supponiamo che l'assione sia molto leggero e interagisca a malapena con i nostri familiari tipi di materia. Pertanto, è considerato un buon candidato per la materia oscura, ", ha affermato l'assistente professore Yuta Michimura del Dipartimento di Fisica dell'Università di Tokyo. "Non conosciamo la massa degli assioni, ma di solito pensiamo che abbia una massa inferiore a quella degli elettroni. Il nostro universo è pieno di materia oscura e si stima che ci siano 500 grammi di materia oscura all'interno della Terra, sulla massa di uno scoiattolo."

Gli assioni sembrano un buon candidato per la materia oscura, ma poiché possono interagire solo molto debolmente con la materia ordinaria, sono straordinariamente difficili da rilevare. Quindi i fisici escogitano modi sempre più intricati per compensare questa mancanza di interazione nella speranza di rivelare la firma rivelatrice della materia oscura, che costituisce oltre un quarto dell'universo visibile.

"I nostri modelli suggeriscono che la materia oscura degli assioni modula la polarizzazione della luce, che è l'orientamento dell'oscillazione delle onde elettromagnetiche, "ha spiegato Koji Nagano, uno studente laureato presso l'Istituto per la ricerca sui raggi cosmici dell'Università di Tokyo. "Questa modulazione di polarizzazione può essere migliorata se la luce viene riflessa avanti e indietro molte volte in una cavità ottica composta da due specchi paralleli distanti l'uno dall'altro. Gli esempi più noti di questo tipo di cavità sono i lunghi bracci tunnel dell'onda gravitazionale. osservatori».

La ricerca sulla materia oscura non riceve la stessa attenzione o finanziamento di altre aree più applicabili della ricerca scientifica, così grandi sforzi sono fatti per trovare modi per rendere la caccia conveniente. Ciò è rilevante poiché altri modi teorici per osservare gli assioni implicano campi magnetici estremamente forti che comportano grandi spese. Qui, i ricercatori suggeriscono che gli osservatori di onde gravitazionali esistenti come il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) negli Stati Uniti, Virgo in Italia o KAGRA in Giappone potrebbero essere modificati a buon mercato per cacciare gli assioni senza danneggiare le loro funzioni esistenti.

"Con il nostro nuovo schema, potremmo cercare gli assioni aggiungendo delle ottiche di polarizzazione davanti ai sensori a fotodiodo nei rivelatori di onde gravitazionali, " ha descritto Michimura. "Il prossimo passo che vorrei vedere è l'implementazione dell'ottica in un rivelatore di onde gravitazionali come KAGRA."

Questa idea è promettente perché gli aggiornamenti alle strutture per le onde gravitazionali non ridurrebbero la sensibilità su cui si basano per la loro funzione primaria, che è quello di rilevare onde gravitazionali distanti. Sono stati fatti tentativi con esperimenti e osservazioni per trovare l'assione, ma finora non è stato trovato alcun segnale positivo. Il metodo proposto dai ricercatori sarebbe molto più preciso.

"Ci sono prove astrofisiche e cosmologiche schiaccianti dell'esistenza della materia oscura, ma la domanda "Cos'è la materia oscura?" è uno dei più grandi problemi in sospeso nella fisica moderna, " disse Nagano. "Se possiamo rilevare gli assioni e dire con certezza che sono materia oscura, sarebbe davvero un evento davvero emozionante. È ciò che i fisici come noi sognano".