Gli scienziati sono stati in grado di osservare l'universo e determinare che circa l'80% della sua massa sembra essere "materia oscura, " che esercita un'attrazione gravitazionale ma non interagisce con la luce, e quindi non può essere visto con i telescopi. La nostra attuale comprensione della cosmologia e della fisica nucleare suggerisce che la materia oscura potrebbe essere fatta di assioni, particelle ipotetiche con proprietà di simmetria insolite.

In un nuovo articolo pubblicato su Lettere di revisione fisica ed evidenziato come suggerimento dell'editore, Il ricercatore ICFO Pau Gomez, Ferran Martin, Chiara Mazzinghi, Daniel Benedicto Orenes, e Silvana Palacios, guidato dal Prof. ICREA presso ICFO Morgan W. Mitchell, relazione su come cercare gli assioni utilizzando le proprietà uniche dei condensati di Bose-Einstein (BEC).

l'assone, se esiste, implicherebbe "forze esotiche dipendenti dallo spin". Magnetismo, la più nota forza dipendente dallo spin, fa sì che gli elettroni puntino i loro spin lungo il campo magnetico, come l'ago di una bussola che punta a nord. Il magnetismo è trasportato da fotoni virtuali, mentre le forze "esotiche" dipendenti dallo spin sarebbero trasportate da assioni virtuali (o particelle simili ad assioni). Queste forze agirebbero sia sugli elettroni che sui nuclei, e sarebbe prodotto non solo da magneti, ma anche per materia ordinaria. Per sapere se le assioni esistono, un buon modo è guardare e vedere se i nuclei preferiscono puntare verso altra materia.

Diversi esperimenti stanno già cercando queste forze, utilizzando "comagnetometri, " che sono sensori magnetici accoppiati nello stesso punto. Confrontando i segnali dei due sensori, l'effetto del normale campo magnetico può essere annullato, lasciando solo l'effetto della nuova forza. Finora, i comagnetometri sono stati in grado di cercare solo forze dipendenti dallo spin che raggiungono circa un metro o più. Per cercare forze dipendenti dallo spin a corto raggio, è necessario un magnetometro più piccolo.

I condensati di Bose Einstein (BEC) sono gas raffreddati quasi allo zero assoluto. Poiché i BEC sono superfluidi, i loro atomi costituenti sono liberi di ruotare per diversi secondi senza alcun attrito, rendendoli eccezionalmente sensibili sia ai campi magnetici che alle nuove forze esotiche. Anche un BEC è molto piccolo, di circa 10 micrometri. Per realizzare un magnetometro BEC, però, richiede la risoluzione di un problema spinoso:come mettere due magnetometri BEC nello stesso piccolo volume.

Nel loro studio, Gomez e i suoi colleghi riferiscono di essere stati in grado di risolvere questo problema utilizzando due diversi stati interni dello stesso BEC 87Rb, ciascuno fungendo da magnetometro separato ma co-locato. I risultati dell'esperimento confermano l'elevata immunità prevista al rumore del normale campo magnetico e la capacità di cercare forze esotiche con intervalli molto più brevi rispetto agli esperimenti precedenti. Oltre a cercare assioni, la tecnica può anche migliorare le misurazioni di precisione della fisica delle collisioni ultrafredde e gli studi sulle correlazioni quantistiche nei BEC.