La física de partículas revoluciona la fusión: Axiones, reactores y el futuro de la energía

Un equipo internacional de físicos, liderado por la Universidad de Cincinnati en colaboración con el Laboratorio Nacional Fermi (Fermilab), el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y el Instituto de Tecnología Technion de Israel, ha dado un paso significativo en la frontera entre la física de partículas y la energía nuclear. Han desarrollado un marco teórico que sugiere que partículas exóticas conocidas como axiones —o partículas similares a los axiones— podrían producirse y ser detectadas en reactores de fusión que emplean una mezcla de deuterio y tritio y están revestidos de litio.

Los axiones son partículas hipotéticas propuestas originalmente en la década de 1970 para resolver uno de los grandes enigmas de la física: el problema de la simetría CP (carga-paridad) en la cromodinámica cuántica, la teoría que describe la interacción fuerte entre quarks y gluones. Además, los axiones son candidatos prometedores a constituir la misteriosa materia oscura, que compone aproximadamente el 85% de la materia del universo, aunque hasta ahora no se han detectado experimentalmente.

La propuesta de estos investigadores supone utilizar reactores de fusión nuclear, específicamente aquellos que emplean la reacción de deuterio-tritio, como laboratorios únicos para la búsqueda de axiones. En estos dispositivos, los núcleos de deuterio (un isótopo del hidrógeno con un neutrón y un protón) y tritio (otro isótopo con dos neutrones y un protón) se fusionan para formar helio y liberar enormes cantidades de energía. El proceso es muy similar al que alimenta el Sol y otras estrellas, y es el objetivo de varias iniciativas internacionales de energía limpia, como el reactor ITER en Francia.

El detalle innovador del trabajo es la utilización de un recubrimiento de litio en las paredes del reactor. El litio, al interactuar con los productos de la reacción de fusión, podría facilitar la producción de axiones o partículas similares, que posteriormente podrían ser detectadas mediante sofisticados equipos de medición. Este método abre una nueva vía experimental para probar la existencia de estas partículas, complementando búsquedas indirectas en aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN o experimentos astrofísicos.

La iniciativa se enmarca en el auge global de la investigación en fusión nuclear, donde tanto organismos públicos como empresas privadas compiten por alcanzar la ansiada «ignición», es decir, que un reactor produzca más energía de la que consume. Entre los actores más destacados se encuentran la NASA, que investiga tecnologías de fusión para futuras misiones espaciales de larga duración; empresas estadounidenses como SpaceX y Blue Origin, que exploran aplicaciones energéticas y de propulsión avanzadas; y la europea PLD Space, que aunque focalizada en el lanzamiento aeroespacial, sigue de cerca los desarrollos en tecnologías emergentes. Por su parte, Virgin Galactic continúa su apuesta por el turismo espacial suborbital pero también observa cómo los avances en física fundamental pueden traducirse en tecnologías disruptivas para la industria.

El interés en la búsqueda de axiones no es exclusivo del campo teórico. En los últimos años, experimentos como ADMX (Axion Dark Matter eXperiment) en Estados Unidos y CAST (CERN Axion Solar Telescope) en Europa han intentado detectar estas partículas mediante métodos diversos, desde el empleo de potentes imanes hasta la observación de señales procedentes del Sol. Sin embargo, la propuesta de utilizar reactores de fusión añade un componente experimental novedoso: aprovechar condiciones de energía y densidad imposibles de reproducir en laboratorios convencionales, pero que sí se dan en los reactores diseñados para obtener energía limpia y abundante.

Además, el estudio tiene implicaciones más allá de la física de partículas. Si se demuestra la producción y detección de axiones en reactores de fusión, no solo se avanzaría en la comprensión de la materia oscura, sino que también se podría abrir la puerta a nuevas tecnologías basadas en estas partículas, con aplicaciones en campos tan diversos como la computación cuántica, la astrofísica o incluso la propulsión espacial avanzada.

En un contexto donde la exploración de exoplanetas y la búsqueda de vida fuera de la Tierra requieren tecnologías cada vez más sofisticadas y eficientes, avances en física fundamental como este no solo son relevantes a nivel teórico, sino que pueden tener un impacto directo en el futuro de la exploración espacial y la sostenibilidad energética en la Tierra. La colaboración internacional y el cruce entre disciplinas vuelven a demostrar que la frontera entre el laboratorio y la industria, y entre la teoría y la aplicación, es cada vez más difusa en la carrera por desentrañar los misterios del universo.

(Fuente: SpaceDaily)