La materia ordinaria representa apenas el 5% del Universo. El resto sigue siendo un misterio para la Humanidad: no sabemos qué la compone, ni cómo se comporta. Se estima que la mayor parte es energía oscura, y el resto (alrededor de un 27%) es la materia oscura, una sustancia que tiene masa, y que se delata por su atracción gravitatoria sobre las galaxias, pero que no emite ni absorbe luz y que nunca ha sido detectada directamente en un laboratorio.
Sin embargo, la comunidad científica no desiste e insiste, desde muy diversas perspectivas, para observar alguna señal. Gonzalo Alonso-Álvarez, investigador Ramón y Cajal en el Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE), centro mixto de la USC y la Xunta de Galicia, ha participado en un experimento para intentar detectar axiones, un tipo de partículas hipotéticas que son candidatas para formar la materia oscura. Los axiones, de existir, serían extremadamente ligeros (miles de millones de veces más ligeros que el electrón) e impregnarían el espacio como un campo invisible y ondulante, produciendo perturbaciones periódicas y muy sutiles en el interior de ciertos núcleos atómicos.
Iones atrapados en un cristal cerca del cero absoluto
En el experimento se utilizaron iones de europio-153 embebidos en un cristal de silicato de itrio, enfriado a -268 °C. Según explica el investigador del IGFAE, “el europio-153 tiene un núcleo con una forma especial que lo hace particularmente sensible a la perturbación que produciría un campo de axiones”.
Mediante espectroscopía de precisión, los investigadores monitorizaron los niveles de energía de los espines nucleares del europio, buscando esa señal característica que dejaría la materia oscura. El análisis estadístico fue diseñado para aprovechar las propiedades específicas de esa señal — oscilante y coherente, con características determinadas por la física del campo galáctico de axiones — lo que permite distinguirla del ruido aleatorio del experimento.
Ilustración esquemática del aparato experimental usado para la detección de materia oscura axiónica. Imagen adaptada de Fan, Mingyu et al. “Wideband Search for Axionlike Dark Matter Using Octupolar Nuclei in a Crystal” Physical Review Letters (2026).
Sin señales, pero con avances
Este experimento no encontró ninguna señal de materia oscura. Pero, como advierte Gonzalo Alonso, “eso es un resultado en sí mismo: los datos permiten establecer uno de los límites de laboratorio más estrictos hasta la fecha sobre cómo pueden interactuar los axiones con los quarks y gluones del núcleo atómico, en un rango de masas que abarca ocho órdenes de magnitud”. Añade que “estos límites son además complementarios a los que imponen observaciones astrofísicas de estrellas y supernovas”.
Del mismo modo, el equipo destaca que “este enfoque, basado en técnicas de óptica cuántica y espectroscopía de precisión, abre una vía complementaria a los grandes detectores subterráneos y a los aceleradores de partículas”. Se prevén mejoras en este aparato y en los métodos de detección, lo cual permite anticipar que la sensibilidad del experimento seguirá creciendo en el futuro.
Los resultados se han publicado recientemente en la destacada revista Physical Review Letters. Además de Alonso-Álvarez, el artículo está firmado por Mingyu Fan, Bassam Nima, Aleksandar Radak y Amar Vutha, de la Universidad de Toronto, donde el investigador del IGFAE trabajó antes de su llegada a Santiago. En este artículo, su contribución se centró en el diseño del análisis estadístico de los datos: concretamente, en cómo tener en cuenta las propiedades del campo galáctico de axiones para identificar la señal esperada y distinguirla del ruido experimental.
Sobre Gonzalo Alonso-Álvarez
Natural de Zaragoza, se doctoró en Física en la Universidad de Heidelberg (Alemania) en 2020, con una tesis centrada en axiones y otros candidatos de materia oscura ligera. Realizó posteriormente estancias postdoctorales en la Universidad McGill (Montreal, Canadá) y en la Universidad de Toronto (Canadá), donde colaboró con el grupo experimental con el que se desarrolló el trabajo descrito en este artículo.
Gonzalo se incorporó al IGFAE a comienzos de 2026, captado por el programa Global Talent del IGFAE, financiado por la acreditación de excelencia María de Maeztu de la Agencia Estatal de Investigación. Gracias a este contrato, regresó a España para continuar su carrera investigadora, y posteriormente consiguió un contrato del programa Ramón y Cajal. A lo largo de su trayectoria ha explorado la naturaleza de la materia oscura desde múltiples ángulos: desde predicciones teóricas y búsquedas en aceleradores de partículas, hasta experimentos de laboratorio de alta precisión y observaciones astrofísicas y cosmológicas.
En el IGFAE, Alonso-Álvarez desarrollará una línea de investigación centrada en desarrollar y testear modelos de materia oscura, combinando el desarrollo teórico con la conexión directa a experimentos y observaciones astrofísicas que permitan detectar estas partículas.
Referencia: Wideband Search for Axionlike Dark Matter Using Octupolar Nuclei in a Crystal (Phys. Rev. Lett. 136, publicado el 25 de marzo de 2026).
