Cuando la fusión nuclear se convierte en un laboratorio cósmico: los físicos creen que podrían crear materia oscura

Uno de los grandes misterios del Universo es lo que los astrónomos llamamos “materia oscura” y la cual es, números más números menos, aproximadamente el 25 % de todo lo que existe en el cosmos y que no hemos podido descubrir de qué está hecha hasta el día de hoy, manteniéndose como uno de los problemas abiertos de la astrofísica moderna.

Si a eso le sumamos que la energía oscura es el otro 70 %, nos quedamos sabiendo (más o menos) únicamente el 5 % del restante y… En realidad no conocemos tanto de la materia visible como quisiéramos. Si nos ponemos estrictos aún nos falta mucha física para poder explicar varios fenómenos.

El problema de no poder encontrar la materia oscura es, en principio, su nombre, pues aunque sabemos cómo interactúa gravitacionalmente con grandes masas en el Universo, no la podemos observar con nuestros instrumentos, pues no emite luz ni interactúa con la materia “común”.

Los autores de un nuevo artículo publicado en el Journal de Física de Altas Energías, proponen un par de partículas como candidatas de materia oscura, los llamados Escalares, similares al Bosón de Higgs; y los Pseudoescalares o partículas tipo Axión. Las cuales son generadas en fusiones nucleares.

¿Materia oscura o materia invisible?

Una de las formas para producir energía es mediante fusión nuclear, ya que al unir dos núcleos liberan una cantidad de energía sobrante, la cual se canaliza para generar electricidad. También se liberan neutrones, los cuales, en teoría, son contenidos por las paredes del reactor, sin embargo, algunas logran “fugarse”.

Esas partículas “fantasma” son las que nos interesa estudiar ya que su energía es el 80 % del total de la reacción. En general, se trata de neutrones que salen liberados y éstos, al actuar con las paredes del reactor, hechas generalmente de Litio y Hierro, se piensa que comienzan a generar partículas exóticas.

Como visitantes de un mundo desconocido llamado el sector oscuro, partículas conocidas como axiones son las que atraviesan las paredes que, para ellas, son prácticamente invisibles y por eso pueden escapar al exterior. La idea detrás del artículo, es ponerles “trampas” para poder detectarlas.

La idea es rodear los contenedores con tambos de agua pesada, compuesta básicamente de Deuterio que es un isotopo del Hidrógeno y que en lugar de sólo tener un protón en el núcleo, tiene además un neutrón, el cual, al ser golpeado por la partícula exótica, se separa y produce neutrones energéticos, que son los que se captan.

El misterio de las sombras cósmicas

Algunos podrían decir que nuestra búsqueda raya en el campo de la metafísica, porque en sí uno no busca la partícula, sino su fantasma o, mejor dicho, la sombra que deja la partícula original en su camino de destrucción atómica.

Y todo esto es debido a que, como mencionamos antes, no sabemos qué esperar de alguna posible partícula de materia oscura, ya que no interactúan con la luz y a escalas humanas no producen la gravedad que solemos encontrar en los grandes cuerpos como lo son las galaxias.

Sabemos que la materia oscura es como un pegamento invisible que mantiene unidas a las galaxias, si bien podemos medir su efecto gravitacional, en realidad nunca hemos podido “observarla”. Se piensa que los axiones producidos en reactores de fusión podrían ser, finalmente, la respuesta tangible a este rompecabezas.

El problema es que estas partículas son extremadamente tímidas y apenas saludan a la materia ordinaria. Sin embargo, el flujo masivo de neutrones en un reactor de fusión es cien veces superior al de los reactores comunes, lo que nos permitiría generar una señal lo suficientemente intensa para atrapar algunas cuantas.

El futuro de la ciencia extrema

Los proyectos que se tienen pensados a futuro, como el reactor DEMO podrían ser los parteaguas para finalmente encontrar ese faltante de materia en el Universo y, de paso, proporcionarnos energías limpias, pues aunque suene peligrosa, la energía de fusión nuclear es de las más limpias y eficientes que existen.

Además de generar esta energía, sus exteriores funcionarían como laboratorios de vanguardia, podremos explorar las fronteras del conocimiento mientras iluminamos nuestros hogares con el gran poder estelar. Con el único desafío de filtrar el ruido de fondo que llega desde el espacio.

Normalmente estas partículas llegan del Sol o de explosiones estelares (como la Supernova SN1987A), sin embargo, si tienen una vida corta y decaen rápido, nunca llegarían hasta la Tierra. Al tener un reactor de fusión a tiro de piedra, podemos atrapar partículas que el Sol no nos alcanza a mandar.

Sin duda alguna la ciencia ficción se está convirtiendo en una realidad tangible, lo que antes solo veíamos solamente en teorías, ahora podría detectarse en instalaciones terrestres. Estamos convirtiendo la tecnología en una brújula para navegar por todo el infinito y quizás, en el brillo de un sol artificial, encontremos la llave para iluminar toda la oscuridad del Universo.

Referencia de la nota:

Baruch, C., Fitzpatrick, P.J., Menzo, T. et al. Searching for exotic scalars at fusion reactors. J. High Energ. Phys. 2025, 215 (2025).