En un desarrollo impresionante para la **ciencia cuántica**, los físicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han logrado entrelazar el movimiento mecánico y las propiedades electrónicas de un pequeño cristal azul. Este avance podría revolucionar la forma en que medimos campos eléctricos gracias a una sensibilidad sin precedentes, que puede ayudar a desentrañar uno de los más grandes misterios del universo: la **materia oscura**.
El sensor cuántico en cuestión está compuesto por 150 iones de berilio, átomos cargados eléctricamente que se organizan de manera autoorganizada en un cristal bidimensional de apenas 200 micrones de diámetro. Este sistema es capaz de detectar señales de la materia oscura, que se postula como una substancia que, aunque no emitida luz ni forma parte de las interacciones habituales de la materia, podría influir en el comportamiento de la misma a través de un campo electromagnético débil.
Los investigadores han presentado sus hallazgos en la edición de la revista Ciencia del 6 de agosto de 2021. El método utilizado implica medir la vibración del cristal, lo que se logra observando las rotaciones colectivas de los iones dentro de él. Este proceso es crucial ya que la presencia de materia oscura podría hacer que los iones se muevan de una manera detectable, alterando su rotación y proporcionando datos valiosos sobre el universo.
Lo fascinante de este sensor es que puede captar campos eléctricos externos que poseen la misma frecuencia de vibración que el cristal con más de diez veces la sensibilidad de cualquier sensor atómico conocido hasta la fecha. En términos de capacidad, este sensor es capaz de medir **240 nanovoltios por metro en un segundo**, una hazaña que podría facilitar el descubrimiento de señales de materia oscura durante futuras investigaciones.
Los científicos usan un campo eléctrico débil, aplicado al sensor de cristal, para excitarlo y obtener mediciones. La búsqueda de materia oscura no es nueva, y este avance promete ofrecer un nuevo enfoque para detectar partículas subatómicas como los axiones, cuya existencia se ha postulado durante años sin éxito en términos experimentales.
“Los cristales de iones podrían detectar ciertos tipos de materia oscura, como los axiones y fotones ocultos”, explica el autor principal de la investigación, John Bollinger. La materia oscura genera señales que oscilan a frecuencias que dependen de la masa de la partícula, lo que permite a los científicos estudiar sus efectos en un contexto práctico.
Con el uso de luz láser y una estrategia innovadora conocida como «inversión del tiempo», los investigadores pueden lograr que la rotación y el movimiento de los iones se desenreden y así medir con precisión la excitación vibratoria del cristal, lo que supone un gran avance en la capacidad de detección de fenómenos cuánticos.
En la próxima fase de esta investigación, se espera aumentar la cantidad de iones hasta 100,000 utilizando la fabricación de cristales en tres dimensiones. Este incremento no solo mejorará la sensibilidad del sensor, sino que también podría estabilizar el movimiento del cristal excitado, lo que a su vez potenciaría la precisión de las mediciones. La colaboración continua con investigadores teóricos será fundamental para superar los desafíos que presenta la interpretación de los estados cuánticos entrelazados.
A medida que avanzan estas investigaciones, la comunidad científica tiene la esperanza de que nuevas tecnologías y métodos permitan descubrir facetas de la materia oscura que hasta ahora han eludido a los científicos. Esto no solo podría alterar nuestra comprensión del universo, sino también abrir nuevas fronteras en la física moderna.
