Axión (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Axión

El axión es una partícula escalar neutra, extremadamente ligera y débilmente interactuante, propuesta originalmente para resolver el problema CP fuerte de la cromodinámica cuántica (QCD).

Es una partícula hipotética, aún no observada experimentalmente.

La QCD (teoría de los quarks y gluones) permite, en principio, una violación de la simetría CP (carga-paridad), lo cual significaría que la física no sería la misma para partículas que para antipartículas reflejadas.

Pero los experimentos dicen que la QCD no viola CP, o lo hace de forma extremadamente pequeña (por ejemplo, en el momento dipolar eléctrico del neutrón, que es casi cero).¿Entonces por qué la QCD no viola CP si matemáticamente puede hacerlo?

A esto se le conoce como el "problema CP fuerte".

Para resolver este problema se propuso una nueva simetría global (llamada simetría de Peccei–Quinn) que, al romperse espontáneamente, elimina naturalmente la violación CP en la QCD. Y para ello debería de existir una nueva partícula: el axión.

El nombre lo puso Frank Wilczek, inspirado por el detergente "AXION", porque la partícula "limpia" el problema CP.

Axiones y materia oscura

Debido a sus propiedades se ha propuesto que podrían ser parte de la materia oscura

• Son muy abundantes (según predicciones cosmológicas).
• No interactúan (casi) con luz ni materia normal.
• Son fríos (tienen poca energía cinética).

Esto los hace candidatos ideales para materia oscura.

🔬 ¿Cómo se buscan?

Para poder probar su existencia se usan experimentos extremadamente sensibles, como:

• ADMX (Axion Dark Matter eXperiment): usa cavidades resonantes y campos magnéticos.
• CASPEr, MADMAX, ABRACADABRA, entre otros.

La idea es que los axiones pueden convertir muy débilmente su energía en fotones en presencia de campos magnéticos intensos.

 Tipos de modelos de axiones

Modelo original (Peccei–Quinn–Weinberg–Wilczek): descartado por masa demasiado grande.

Axiones invisibles:

• KSVZ model (Kim–Shifman–Vainshtein–Zakharov)
• DFSZ model (Dine–Fischler–Srednicki–Zhitnitsky)

Ambos producen axiones muy ligeros y débilmente acoplados.

Finalmente podemos decir que el axión es una partícula subatómica hipotética que resuelve el problema CP fuerte de la QCD y es un candidato para la materia oscura fría del universo. Aunque aún no ha sido detectado, su búsqueda es una de las más activas en física teórica y experimental hoy en día.