Extraño comportamiento de muones puede sacudir la física

 

Una partícula fundamental llamada muon ha sido sorprendida comportándose de forma diferente a lo que el modelo estándar predeciría. ¿Iniciará el experimento de muones del Fermilab una nueva física?

La intrigante danza de un diminuto componente subatómico conocido como muon, en un ambicioso experimento realizado en un laboratorio estadounidense, está provocando una creciente inquietud entre los científicos. Sus movimientos peculiares en este estudio están generando cada vez más sospechas de que nuestra comprensión de la física podría estar incompleta, tal vez debido a la presencia de partículas o fuerzas aún desconocidas. Este fenómeno plantea la posibilidad de que el modelo estándar de la física de partículas, que ha sido la columna vertebral de nuestra comprensión, comience a manifestar signos de fragilidad.

Los científicos, en un anuncio reciente, compartieron nuevos descubrimientos relacionados con el muon, una partícula con características magnéticas y carga negativa similar a su pariente, el electrón. Sin embargo, a diferencia de este último, el muon es aproximadamente 200 veces más pesado. Estos avances surgieron a raíz de un experimento realizado en el Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi, bajo la supervisión del Departamento de Energía de los Estados Unidos, ubicado en Batavia, Illinois.

En el marco de este experimento, se analizó el oscilante bamboleo del muon mientras atraviesa un campo magnético. Como el electrón, esta diminuta partícula alberga en su interior un pequeño imán que le imprime un balanceo similar al de una peonza al ser expuesta a un campo magnético.

Pero la velocidad del bamboleo, tal como se midió en el experimento, variaba considerablemente de lo que se había predicho basándose en el Modelo Estándar de la física de partículas, la teoría que explica cómo interactúan los componentes básicos de la materia, regidos por las cuatro fuerzas fundamentales del universo.

Existencia de factor misterioso

Los nuevos hallazgos, basados en los datos publicados en 2021, siguen insinuando la existencia de algún factor misterioso, mientras los investigadores tratan de resolver la discrepancia entre la predicción teórica y los resultados experimentales reales.

«Estamos buscando un indicio de que el muon está interactuando con algo que desconocemos. Podría ser cualquier cosa: nuevas partículas, nuevas fuerzas, nuevas dimensiones, nuevas características del espacio-tiempo, lo que sea», afirma Brendan Casey, científico principal del Fermilab y uno de los autores de un artículo de investigación sobre los hallazgos publicado en la revista Physical Review Letters. 

«Me gustan las locuras, así que me encantaría que se tratara de algo como la violación de Lorentz o alguna otra propiedad nueva del propio espacio-tiempo. Sería una locura revolucionaria», añade Casey.

Casey aludía a un principio llamado invariancia de Lorentz que sostiene que las leyes de la física son las mismas en todas partes.

«Sí, es justo decir que podría estar apuntando a partículas o fuerzas desconocidas», afirmó Rebecca Chislett, física del University College de Londres y coautora del estudio. «Actualmente, debido a los nuevos resultados de la comunidad teórica, es difícil decir exactamente cuál es la discrepancia entre ambos (el comportamiento predicho de los muones y el observado), pero los teóricos están trabajando duro para resolverlo».

Experimento con muones

El experimento se llevó a cabo a menos 268 grados Celsius. Los investigadores dispararon haces de muones a un anillo magnético superconductor en forma de donut de 15 metros de diámetro. A medida que los muones giraban alrededor del anillo a casi la velocidad de la luz, interactuaban con otras partículas subatómicas que, como pequeñas parejas de baile, alteraban su bamboleo.

Los resultados de 2021 también mostraron un bamboleo anómalo. Los nuevos resultados se basan en una cantidad de datos cuatro veces mayor, lo que refuerza la confianza en los hallazgos.

«Con todos estos nuevos conocimientos, los resultados siguen coincidiendo con los anteriores, lo cual es muy emocionante», afirma Chislett.

Los investigadores esperan anunciar sus conclusiones finales con todos los datos recopilados dentro de unos dos años.

«El experimento mide la velocidad de giro de los muones en un campo magnético. El concepto es sencillo. Pero llegar a la precisión requerida lleva años de construcción del experimento y de toma de datos. Tomamos datos de 2018 a 2023. El nuevo resultado se basa en nuestros datos de 2019 y 2020″, explica Casey.

«Tenemos que ser pacientes porque necesitamos que la predicción del Modelo Estándar nos alcance para poder hacer el uso más sólido de nuestros datos», añadió Casey. «También estamos muy desconcertados porque hay diferentes formas de predecir lo que nuestro experimento debería ver y no coinciden bien. Así que hay algo muy fundamental que debemos estar pasando por alto, lo cual es muy intrigante».