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“Podría pensar que es posible que una partícula esté sola en el mundo. Podría pensar que los confines más profundos y oscuros del espacio exterior son un entorno muy solitario para las partículas. Pero, de hecho, no es nada solitario. Debido al mundo cuántico, sabemos que cada partícula está rodeada por un séquito de otras partículas. Estas otras partículas no existen todo el tiempo. Aparecen y desaparecen. Hemos descubierto muchas de estas partículas, como el bosón de Higgs, a través de experimentos físicos. Pero puede haber algunos que aún no hemos descubierto. Debido a que estas partículas aparecen momentáneamente y desaparecen, son muy difíciles de estudiar. Entonces, estamos usando una partícula llamada muón para comprenderlos mejor”. Estas son las palabras que usó la científica Criss Polly, física y matemática del Departamento de Energía de Estados Unidos, para descubrir su trabajo en el Proyecto Muon g-2, un importante experimento que busca poner en práctica las teorías de la física que han regido al ciencia durante los últimos cien años.
Los muones son 207 veces más pesados que los electrones y 40.000 veces mejores para ayudarnos a encontrar nuevos tipos de partículas. Desaparecen rápidamente después de producirse en una colisión de alta energía, dejando dos neutrinos y un electrón o positrón en su lugar.
Pues bien, hoy se anunció un importante hito científico en relación con los muones. Según anunció el equipo de físicos del Fermilab (un laboratorio del Departamento de Energía de Estados Unidos), el experimento Muon g-2 mostró que el comportamiento de las partículas fundamentales no es como predice la teoría (el Modelo estándar de Física de partículas). En otras palabras, el experimento que se anunció hoy desafía el marco básico que usan los físicos para describir cómo funciona el universo en su parte más fundamental.
Una explicación rápida
Un muon y en general muchas partículas tienen polos positivos y negativos. Estas partículas actúan como si tuvieran un imán interno y cuando entran en un campo magnético, los polos se alinean con ese campo, y las partículas giran. En el caso del muón, no puede alinearse con el campo magnético sino que se “tambalea” alrededor del eje del campo. La fuerza del imán interno determina la velocidad a la que el muón precesa en un campo magnético externo y se describe mediante un número que los físicos llaman factor “g”. Este número se puede calcular con una precisión ultra alta.
Los muones se producen naturalmente cuando los rayos cósmicos inciden en la atmósfera de la Tierra, y los aceleradores de partículas del Fermilab pueden producirlos en grandes cantidades. El experimento de Fermilab reutiliza el componente principal del experimento de Brookhaven, un anillo de almacenamiento magnético superconductor de 15 metros de diámetros. En 2013, fue transportado 5.400 kilómetros por tierra y mar desde Long Island a los suburbios de Chicago, Illinois.
El experimento Muon g-2 envía un haz de muones al anillo de almacenamiento, donde circulan miles de veces a casi la velocidad de la luz. Los detectores que recubren el anillo permiten a los científicos determinar qué tan rápido están procesando los muones.
A medida que los muones circulan en el imán Muon g-2, también interactúan con una espuma cuántica de partículas subatómicas que aparecen y desaparecen. Las interacciones con estas partículas de vida corta afectan el valor del factor g, lo que hace que la precesión de los muones se acelere o desacelere muy ligeramente.
El modelo estándar, el conocido y aceptado hasta hoy, predice este llamado momento magnético anómalo con extrema precisión. Pero si la espuma cuántica contiene fuerzas o partículas adicionales que no se tienen en cuenta en el Modelo Estándar, eso alteraría aún más el factor g del muón.
“Esta cantidad que medimos refleja las interacciones del muón con todo lo demás en el universo. Pero cuando los teóricos calculan la misma cantidad, usando todas las fuerzas y partículas conocidas en el Modelo Estándar, no obtenemos la misma respuesta”, dijo Renee Fatemi, física de la Universidad de Kentucky y gerente de simulaciones del Muon. Experimento g-2. “Esta es una fuerte evidencia de que el muón es sensible a algo que no está en nuestra mejor teoría”.
“Hoy es un día extraordinario, muy esperado no solo por nosotros sino por toda la comunidad física internacional”, dijo Graziano Venanzoni, co-portavoz del experimento Muon g-2 y físico del Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear. “Gran parte del mérito es para nuestros jóvenes investigadores que, con su talento, ideas y entusiasmo, nos han permitido lograr este increíble resultado”.
El hallazgo se suma una serie de resultados prometedores de experimentos de física de partículas en EE.UU., Japón y, más recientemente, en el Gran Colisionador de Hadrones en la frontera suizo-francesa. Cabe aclararque existe una probabilidad de 1 entre 40.000 de que el resultado haya sido solo una casualidad estadística, y que los experimentos siguen realizándose, así que los resultados no son del todo concluyentes.
Como explicó el BBC, el ritmo de “tambaleo” de los muones podría indicar que hay una fuerza de la naturaleza completamente nueva para la ciencia, y que hasta ahora solo existía en modelos teóricos. el El fenómeno también podría estar asociado con una partícula subatómica aún no descubierta.