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Los físicos llevan años intentando tumbar el 'Modelo Estándar' que, hasta ahora, ha sido el modelo que nos ha servido para explicar las leyes que rigen el universo. Y para ello están realizando distintos experimentos para hallar aquellas partículas que no se comportan según dicho modelo, que lo ponen en duda y que darían pie a un nuevo replanteamiento de la Teoría general de la física. Hace unos años los expertos del CERN dieron con el ansiado bosón de Higgs, pero ahora otra partícula se lleva el protagonismo: el muón.
Los físicos han puesto el foco en esta partícula como la gran esperanza para resquebrajar por fin el modelo estándar lo que, lejos de ser una mala noticia, sería un gran hallazgo. Porque hace tiempo que ese modelo no da respuesta a los grandes interrogantes de los investigadores, hace tiempo que no se pueden hacer nuevos descubrimientos, buscar 'una nueva física'. Y parece que los muones han llegado para abrir las puertas a este nuevo modelo.
El muon (que toma su nombre de la letra griega my, µ) es una partícula elemental masiva, que se descompone por tanto en otras partículas, y que posee carga eléctrica negativa, como el electrón, aunque su masa es 207 veces mayor que la de este. Su vida es algo más larga que otras partículas inestables, aunque tampoco mucho mas, ya que es extremadamente efímera (2,2 microsegundos). Tras este corto periodo de vida se descomponen en otras partículas estables, como los electrones o los neutrinos.
Los muones solo están presentes de manera natural en las colisiones de alta energía que se producen, por ejemplo, con los rayos cósmicos. Afortunadamente, los físicos cuentan ahora con los grandes aceleradores de partículas para reproducir estas condiciones en laboratorio y observar estas partículas de cerca. Dos experimentos recientes han arrojado algo más de luz sobre estas partículas y acercan la posibilidad de un cambio definitivo en el modelo estándar.
Los resultados de estos experimentos ponen a prueba nuestra comprensión actual del universo y apuntan a la existencia de partículas o fuerzas no descubiertas. Esta nueva física podría ayudar a explicar misterios científicos no resultos, además de sumar nueva información que los científicos pueden aprovechar para comprender nuestro universo y desarrollar nuevas tecnologías.
Las partículas más allá del modelo estándar podrían ayudar a explicar fenómenos desconcertantes de la física, como la naturaleza de la materia oscura, una sustancia misteriosa y omnipresente que los físicos saben que existe pero que aún no han detectado.
El experimento Muon g-2, liderado por FermiLab y el Argonne National Laboratory, sigue a uno que comenzó en los años 90 en el Brookhaven National Laboratory, en el que los científicos midieron una propiedad magnética de una partícula fundamental llamada muón. El experimento de Brookhaven arrojó un resultado que difirió del valor predicho por el Modelo Estándar. El nuevo experimento es una recreación de aquel, construido para desafiar o afirmar aquella discrepancia con mayor precisión.
El modelo estándar predice con mucha precisión el factor g del muón, un valor que les dice a los científicos cómo se comporta esta partícula en un campo magnético. Se sabe que este factor g está cerca del valor dos, y los experimentos miden su desviación de dos, de ahí el nombre Muon g-2.
El experimento de Brookhaven indicó que g-2 difería de la predicción teórica en unas pocas partes por millón. Esta minúscula diferencia insinuaba la existencia de interacciones desconocidas entre el muón y el campo magnético, interacciones que podrían involucrar nuevas partículas o fuerzas.
El primer resultado del nuevo experimento concuerda fuertemente con el de Brookhaven, lo que refuerza la evidencia de que hay nueva física por descubrir. Los resultados combinados de Fermilab y Brookhaven muestran una diferencia con el Modelo Estándar con una significación de 4,2 sigma (o desviaciones estándar), un poco menos que los 5 sigma que los científicos requieren para reclamar un descubrimiento, pero aún evidencia convincente de una nueva física.
"Este es un resultado increíblemente emocionante", dijo en un comunicado Ran Hong de Argonne, un investigador postdoctoral que trabajó en el experimento Muon g-2 durante más de cuatro años. "Estos hallazgos podrían tener importantes implicaciones para futuros experimentos de física de partículas y podrían conducir a una comprensión más sólida de cómo funciona el universo".
Hace un mes, científicos en el CERN descubrieron también que las partículas no se comportan como deberían de acuerdo con el Modelo Estándar, y lo muones aparecieron en escena.
El modelo estándar de física de partículas predice que las partículas llamadas quarks de belleza, que se miden en el experimento LHCb, uno de los detectores instalados en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, deberían descomponerse en muones o electrones en igual medida. Sin embargo, el nuevo resultado sugiere que esto puede no estar sucediendo, lo que podría apuntar a la existencia de nuevas partículas o interacciones no explicadas por el Modelo Estándar.
Físicos del Imperial College London y las Universidades de Bristol y Cambridge dirigieron el análisis de los datos para producir este resultado, con fondos del Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología. El resultado se anunció este 23 de marzo en la conferencia Moriond Electroweak Physics y se publicó como preimpresión en arXiv.
El doctor Mitesh Patel, del Departamento de Física de Imperial y uno de los principales físicos detrás de la medición, dijo en un comunicado: "En realidad estábamos temblando cuando miramos los resultados por primera vez, estábamos tan emocionados. Nuestros corazones latían un poco más rápido. Es demasiado pronto para decir si esto realmente es una desviación del modelo estándar, pero las posibles implicaciones son tales que estos resultados son lo más emocionante que he hecho en 20 años en el campo. Ha sido un largo viaje para llegar aquí".
Los resultados fueron producidos por el experimento LHCb, uno de los cuatro enormes detectores de partículas en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN. La medición actualizada cuestiona las leyes de la naturaleza que tratan a los electrones y a sus primos más pesados, los muones, de manera idéntica, excepto por pequeñas diferencias debido a sus diferentes masas.
Según el modelo estándar, los muones y los electrones interactúan con todas las fuerzas de la misma manera, por lo que los quarks de belleza creados en LHCb deberían descomponerse en muones con la misma frecuencia que lo hacen con los electrones.
Pero estas nuevas mediciones sugieren que las desintegraciones podrían estar ocurriendo a diferentes velocidades, lo que podría sugerir partículas nunca antes vistas que inclinan las escamas lejos de los muones.
El doctorando de Imperial Daniel Moise, quien hizo el primer anuncio de los resultados en la conferencia Moriond Electroweak Physics, dijo: "El resultado ofrece una sugerencia intrigante de una nueva partícula o fuerza fundamental que interactúa de una manera que las partículas actualmente conocidas por la ciencia no lo hacen.
"Si esto se confirma con más mediciones, tendrá un impacto profundo en nuestra comprensión de la naturaleza en el nivel más fundamental".