La Universidad Politécnica de Cartagena participa de los esfuerzos de la comunidad científica internacional para descubrir la esencia de la materia oscura y desarrolla herramientas para la detección de los axiones que supuestamente la componen. Parte de estos trabajos se plasman en la tesis ‘Diseño de estructuras resonantes y sistemas de sintonización para la mejora del rendimiento en experimentos de detección de axiones de materia oscura y ondas gravitacionales’ de José Ramón Navarro Madrid y dirigida por Alejandro Díaz que fue defendida a finales de julio.

Esta tesis doctoral se centra en el desarrollo y optimización de dispositivos para la detección de axiones de materia oscura y su posible aplicación a la detección de ondas gravitatorias de alta frecuencia, dos líneas de investigación punteras en física de partículas. Ya que el axión podría formar la materia oscura, su detección supondría un hito científico mayúsculo. 

En la investigación doctoral se han diseñado haloscopios para dos experimentos de detección de axiones en las bandas de frecuencia UHF (300 – 500 MHz) y W (75 – 110 GHz). Estos haloscopios son cavidades resonantes en tecnología de guía de onda que requieren trabajar inmersas en imanes de alto campo magnético y temperaturas criogénicas para maximizar la conversión de axiones en fotones y reducir el ruido de la señal. 

Además, se han desarrollado sistemas de sintonización que permiten ajustar la frecuencia de detección sin comprometer los parámetros clave del experimento, explorando tanto sistemas de sintonización mecánica como sistemas de sintonización eléctrica. 

La tesis, que ha dado lugar a siete artículos científicos en revistas de alto impacto y siete comunicaciones en congresos y seminarios internacionales, también ha demostrado la capacidad de las cavidades resonantes para detectar las ondas gravitacionales de alta frecuencia.

El nuevo doctor por la UPCT ha realizado en los últimos tres años estancias de investigación en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc, España, en la Universidad de Aalto, Finlandia, y en el Instituto Tecnológico de Karlsruhe, Alemania.

Todo este trabajo se enmarca en las líneas de investigación de detección de axiones de materia oscura y ondas gravitatorias que realiza el grupo de Electromagnetismo y Materia (GEM) de la UPCT desde 2016, a través de la colaboración internacional RADES, con la que se realizaron campañas de toma de datos en el CERN de la Organización Europea para la Investigación Nuclear y se está diseñando un experimento con el imán de alto campo magnético que se está construyendo en Hamburgo. También participan en el proyecto internacional CADEx que pretende desarrollar un experimento para la búsqueda a más altas frecuencias. 

Estas actividades vienen siendo financiadas desde 2016 por la Agencia Estatal de Investigación (MICIU/AEI/10.13039/501100011033/ y FEDER, UE), a través de proyectos nacionales coordinados por la Universidad de Zaragoza, entre ellos el actual PID2022-137268NBC53. Asimismo, la UPCT, junto con otros miembros de la colaboración RADES, ha visto respaldadas estas actividades con la concesión el pasado año del proyecto ERC SYNERGY DarkQuantum, que desarrollará nuevas técnicas de detección con dispositivos cuánticos como amplificadores paramétricos y qubits.

En el último año la UPCT se ha incorporado al experimento internacional de detección de axiones y ondas gravitatorias FLASH y a la colaboración internacional GravNet para detección de ondas gravitatorias de alta frecuencia a través de laboratorios en red.