El mu¨®n cuestiona las leyes de la f¨ªsica

Dos experimentos de alta precisi¨®n en Europa y EE UU acaban de detectar indicios de part¨ªculas o fuerzas de la f¨ªsica totalmente desconocidas. Si estas anomal¨ªas se confirman ser¨ªa un descubrimiento hist¨®rico que se ha buscado desde hace m¨¢s de medio siglo.

Hace unos d¨ªas, los responsables del experimento g-2 en el laboratorio Fermilab de EE UU anunciaron que tras a?os de experimentos han detectado una anomal¨ªa en el comportamiento del mu¨®n, una part¨ªcula elemental de carga negativa parecida al electr¨®n pero con 200 veces m...

Dos experimentos de alta precisi¨®n en Europa y EE UU acaban de detectar indicios de part¨ªculas o fuerzas de la f¨ªsica totalmente desconocidas. Si estas anomal¨ªas se confirman ser¨ªa un descubrimiento hist¨®rico que se ha buscado desde hace m¨¢s de medio siglo.

Hace unos d¨ªas, los responsables del experimento g-2 en el laboratorio Fermilab de EE UU anunciaron que tras a?os de experimentos han detectado una anomal¨ªa en el comportamiento del mu¨®n, una part¨ªcula elemental de carga negativa parecida al electr¨®n pero con 200 veces m¨¢s masa. La anomal¨ªa observada coincide con la que ya destap¨® este mismo experimento hace 15 a?os. La discordancia entre la teor¨ªa y la realidad experimental sigue ah¨ª y ahora tiene una mayor fiabilidad estad¨ªstica, lo que puede significar que este experimento ha atisbado fen¨®menos f¨ªsicos que las teor¨ªas actuales no pueden explicar.

¡°Es un resultado muy importante; en estos momentos hay much¨ªsima emoci¨®n por intentar explicar qu¨¦ est¨¢ pasando¡±, explica Pere Masjuan, f¨ªsico te¨®rico del Instituto de F¨ªsica de Altas Energ¨ªas, en Barcelona, y miembro de la colaboraci¨®n internacional que ha calculado con el m¨¢ximo detalle posible los valores te¨®ricos.

Los experimentos como g-2 exploran el territorio de las diminutas part¨ªculas elementales ¡ªquarks, bosones, leptones¡ª. Estos son los componentes m¨¢s peque?os e indivisibles de la materia, las piezas b¨¢sicas de los ¨¢tomos que componen toda la materia que los humanos podemos ver y tocar.

El g-2 lanza haces de muones que circulan en el vac¨ªo por un anillo circular a casi la velocidad de la luz. El vac¨ªo nunca est¨¢ vac¨ªo en realidad, sino poblado de part¨ªculas virtuales, desconocidas, que pueden interactuar con el mu¨®n e influir en su comportamiento sin que nadie las vea.

¡°Hay much¨ªsima emoci¨®n por intentar explicar qu¨¦ est¨¢ pasando¡±

Pere Masjuan, f¨ªsico te¨®rico

El experimento estadounidense mide una propiedad del mu¨®n llamada momento magn¨¦tico que se deriva de sus propiedades cu¨¢nticas y que se manifiesta como un cambio de su rotaci¨®n cuando atraviesa un campo magn¨¦tico. Estas propiedades ¡°reales¡± se comparan con las que predice el modelo est¨¢ndar, el conjunto de ecuaciones formulado hace 50 a?os que hasta hoy ha descrito a la perfecci¨®n el comportamiento de las part¨ªculas elementales. El gran problema de la f¨ªsica es que esta materia convencional solo supone el 5% del universo. El resto son materia oscura y energ¨ªa oscura gobernada por part¨ªculas y fuerzas que el modelo est¨¢ndar no puede explicar y que tal vez son las causantes de las extra?as anomal¨ªas observadas.

El experimento estadounidense ha detectado una divergencia de una milmillon¨¦sima ¡ªnueve decimales¡ª entre el valor real del momento magn¨¦tico del mu¨®n y el te¨®rico. ¡°Es una diferencia demasiado grande¡±, reconoce Masjuan. ¡°Una divergencia como esta rompe las reglas de juego, las leyes que dominan la naturaleza¡±, resalta. Por ejemplo, el momento magn¨¦tico del electr¨®n coincide con su valor te¨®rico con una precisi¨®n 1.000 veces mayor.

EE UU y Europa compiten por ser los primeros en descubrir nueva f¨ªsica

El nivel de fiabilidad del resultado estadounidense es de 4,2 sigma ¡ªhay solo una posibilidad entre 40.000 de que el resultado sea una casualidad¡ª. En f¨ªsica de part¨ªculas esto equivale a ¡°indicios¡± de nueva f¨ªsica. Un descubrimiento requiere cinco sigma, o una posibilidad entre un mill¨®n de que el resultado sea pura casualidad estad¨ªstica.

El mismo d¨ªa que los americanos presentaron sus resultados, otro equipo anunci¨® un nuevo c¨¢lculo del valor te¨®rico usando una t¨¦cnica alternativa. Los resultados, publicados en Nature, coinciden con lo observado en el acelerador del Fermilab. ¡°En este momento los te¨®ricos debemos unirnos para reanalizar nuestro propio dato¡±, reconoce Masjuan.

Esta carrera es tambi¨¦n una batalla geoestrat¨¦gica en t¨¦rminos cient¨ªficos entre EE UU y Europa por ser los primeros en descubrir nueva f¨ªsica. El experimento estadounidense ha acumulado apenas el 6% de todos los datos que puede reunir. En unos cuatro a?os es posible que alcancen los cinco sigmas.

Unas semanas antes de que se anunciasen los resultados del g-2, otro experimento en el laboratorio europeo de f¨ªsica de part¨ªculas CERN, en Ginebra, desvel¨® otro tipo de anomal¨ªa que tambi¨¦n tiene que ver con los muones. Los responsables del experimento LHCb instalado en el acelerador de part¨ªculas m¨¢s potente del mundo se encargan de estudiar las desintegraciones de estas y otras part¨ªculas para comprobar si coinciden con las que predice la teor¨ªa. El cociente entre las desintegraciones de electrones y muones deber¨ªa ser siempre 1, pero el experimento muestra un valor de 0,84, lo que indica que tambi¨¦n aqu¨ª puede haber part¨ªculas o fuerzas ocultas influyendo en el resultado.

En este caso se ha alcanzado una fiabilidad de tres sigmas, una posibilidad entre mil de que sea una casualidad. Lo m¨¢s importante es que desde hace a?os este experimento lleva viendo anomal¨ªas similares con otras desintegraciones. ¡°Hemos llegado a un momento en el que ya no vemos ¨¢rboles aislados, sino un bosque de desviaciones y todas ellas son coherentes con la posibilidad de nueva f¨ªsica¡±, explica Joaquim Mat¨ªas, catedr¨¢tico de la Universidad Aut¨®noma de Barcelona que lleva a?os trabajando con los resultados de este experimento. ¡°El anuncio de los resultados de g-2 me pareci¨® un poco exagerado porque las divergencias a¨²n podr¨ªan desaparecer, pero sobre todo porque a¨²n hay discusi¨®n sobre los c¨¢lculos te¨®ricos¡±, se?ala.

Aqu¨ª entra en juego la necesidad de los cient¨ªficos de conseguir subvenciones millonarias de sus gobiernos para poder seguir en marcha con sus experimentos. En un EE UU sumido en la era Trump hasta hace tan solo unos meses, el anuncio del g-2 era clave. ¡°Estamos viendo una pugna entre la ciencia y el Gobierno¡±, opina Pere Masjuan. ¡°Para los americanos era muy importante sacar un resultado potente que justificase la inversi¨®n¡±, a?ade.

Los resultados de los dos experimentos han hecho volar la imaginaci¨®n de los f¨ªsicos de todo el mundo, que se han apresurado a buscar qu¨¦ part¨ªculas desconocidas pueden estar causando estas anomal¨ªas. Una de las posibles explicaciones es la existencia de leptoquarks, part¨ªculas que hasta ahora solo existen en la teor¨ªa. Ser¨ªan no una, sino varias part¨ªculas diferentes que se relacionar¨ªan con las ya descritas por el modelo est¨¢ndar y que podr¨ªan explicar las observaciones experimentales. ¡°Todos los f¨ªsicos sabemos que tiene que haber una teor¨ªa f¨ªsica superior al modelo est¨¢ndar. Podemos estar viendo la punta del iceberg, el comienzo de toda una teor¨ªa m¨¢s all¨¢ de la que conocemos¡±, resume Mat¨ªas.

Otros f¨ªsicos independientes piden cautela. ¡°Hay que ser prudentes hasta que se pueda clamar un descubrimiento¡±, opina Alberto Ru¨ªz-Jimeno, del Instituto de F¨ªsica de Cantabria y veterano investigador del Fermilab y el CERN. Toni Pich, del Instituto de F¨ªsica Corpuscular de Valencia, recuerda que ambos experimentos no van a dejar de acumular datos. ¡°Esperamos tener nuevos resultados te¨®ricos en los pr¨®ximos meses¡±, explica. ¡°Hay que esperar un poco m¨¢s antes de lanzar las campanas al vuelo, pero, en cualquier caso, es un resultado muy importante¡±, a?ade. Luis ?lvarez-Gaum¨¦, otro veterano f¨ªsico del CERN que ahora trabaja en la Universidad Stony Brook de Nueva York, incide en la carrera pol¨ªtica por los fondos. ¡°Los resultados del LHCb en Europa tienen mayores posibilidades de convertirse en algo real, mientras que g-2 tiene que esperar, a pesar de toda la propaganda de EE UU¡±, resalta.

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