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26 Dec 2021 - 2:00 a. m.

Yo estuve en la medición que desafía a la física moderna

El 7 de abril de este año se anunció la medición más reciente del magnetismo de una partícula elemental, el muon. La noticia le dio la vuelta al mundo porque fue un primer paso que podría cambiar el curso de la física.

David Alberto Tarazona

Anillo de almacenamiento de muones para el Experimento Muon g-2, en Fermilab.
Anillo de almacenamiento de muones para el Experimento Muon g-2, en Fermilab.
Foto: Hanh Reidar/Fermilab

Desde hace miles de años, la humanidad se ha fascinado por el comportamiento de los cuerpos magnéticos y sus propiedades misteriosas. Esta curiosidad por el magnetismo, que atrae o repele algunos objetos (como la fuerza que une el imán a la nevera) ha conllevado al desarrollo de marcos teóricos, en los últimos dos siglos, que describen en gran detalle sus propiedades. A escalas más pequeñas que un átomo, la teoría que mejor describe dichas fuerzas está contenida en el modelo estándar de la física de partículas.

El modelo estándar predice el magnetismo de las partículas elementales (electrón, muon y quark, entre otras) que componen el universo, tal como lo alcanzamos a comprender en la actualidad. El imán intrínseco del muon, que es una partícula muy parecida al electrón y cerca de 207 veces más pesada, tambalea como un trompo antes de detenerse al estar bajo la influencia de fuerzas magnéticas. Esta rotación o “danza” pone de manifiesto todas las interacciones del muon en el espacio vacío, que se caracteriza por una constante creación y aniquilación de partículas. (Puede leer: Con conteo final en francés: así fue el lanzamiento del telescopio James Webb)

Al considerar todas las partículas reconocidas por el modelo estándar, los físicos teóricos pueden predecir dicha danza del muon con altísimo rigor. La precisión de este cálculo es comparable a saber la altura del pico Simón Bolívar, una de las montañas más altas de Colombia, en unidades milimétricas.

Pero, ¿qué pasaría si, además de predecir la danza del muon, también la medimos con una precisión similar? Podríamos poner a prueba las teorías de las que disponemos para describir el universo e igualmente abrir o cerrar las puertas a otras propuestas. Justamente, esa es la misión del Experimento Muon g-2, en el cual trabajo, que se lleva a cabo en el laboratorio nacional de aceleradores Fermi (más conocido como Fermilab), en Illinois, Estados Unidos. (Le puede interesar: En imágenes: así fue el despegue del telescopio James Webb)

El 7 de abril de este año, anunciamos al público la medición más reciente del magnetismo del muon. La noticia le dio la vuelta al mundo, ocupando titulares en los periódicos principales y alimentando la imaginación no solo de los físicos, sino también de celebridades, políticos y mentes curiosas. Los resultados sugieren que los muones no se comportan como lo prescribe el modelo estándar. De hecho, al observar la frecuencia de la danza magnética de los muones dentro de un anillo de hierro de aproximadamente siete metros de radio, determinamos que el magnetismo del muon es levemente más fuerte del que establece la teoría actual.

Hace veinte años, la misma medición se llevó a cabo en el laboratorio estadounidense de Brookhaven, en Nueva York. Las cantidades medidas en Brookhaven y Fermilab concuerdan, indicando la validez de la técnica experimental. (También puede leer: Retratar el telescopio más avanzado jamás construido, la tarea de Chris Gunn)

Aunque el resultado de Fermilab publicado este año proviene de tan solo el 6 % de los datos que el Experimento Muon g-2 se propuso recolectar, el laboratorio prevé dos años más de funcionamiento para acumular la cantidad suficiente de información que permita medir el magnetismo del muon y así declarar un descubrimiento que cambiaría el curso de la física. Pero dependiendo del resultado final, la medición también podría ser una validación crucial del modelo estándar. Como parte de este esfuerzo, el grupo de investigación —compuesto por cerca de doscientos científicos que trabajamos para el experimento en Fermilab— seguirá generando y analizando datos. Por otro lado, físicos teóricos seguirán examinando cuidadosamente cálculos recientes basados en el modelo estándar.

Aún es prematuro concluir si las formulaciones actuales con las que interpretamos el universo necesitan ser replanteadas. En caso de ser así, podríamos dar rienda suelta a nuestra imaginación para construir realidades con más partículas de las que conocemos, fuerzas fundamentales desconocidas, o para encontrar otras explicaciones a los acontecimientos que podemos percibir. En cualquier caso, con un poco de optimismo, la naturaleza, como siempre, nos lo dirá.

Ph. D. Investigador científico. Departamento de Física, Universidad de Liverpool, Reino Unido.

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