Los muones son misteriosos y los científicos se están sumergiendo profundamente en la partícula para controlar una propiedad que podría hacerla, y el universo, un poco menos misterioso.

Como los electrones, los hermanos más ligeros de los muones, son partículas con una especie de imán interno natural. También tienen un momento angular llamado espín, algo así como una peonza. La combinación del espín y el imán interno de una partícula se llama relación giromagnética, apodado "g, "pero los intentos anteriores de medirlo en busca de muones han arrojado sorpresas intrigantes.

El objetivo del experimento Muon g-2 en Fermilab es medirlo con más precisión que nunca.

Para alcanzar estos notables niveles de precisión, los científicos deben vigilar muy cuidadosamente algunas partes del experimento, uno de los cuales es qué tan fuerte es su campo magnético. El equipo ha estado midiendo y ajustando el campo magnético durante meses y ahora está muy cerca de lograr un campo estable antes de que los experimentos puedan comenzar correctamente.

"Estamos en el período de puesta en servicio del experimento en este momento, donde básicamente estamos aprendiendo cómo se comportan nuestros sistemas y asegurándonos de que todo funcione correctamente antes de pasar a una ejecución estable, "dijo David Flay, un científico de la Universidad de Massachusetts que trabaja en la calibración del campo magnético para Muon g-2.

Misterio de muones

Muon g-2 está siguiendo un resultado intrigante visto en el Laboratorio Nacional Brookhaven en Nueva York a principios de la década de 2000, cuando el experimento hizo observaciones de muones que no coincidían con las predicciones teóricas. El imán circular de 15 metros de diámetro del experimento, llamado anillo de almacenamiento, fue enviado a Illinois por tierra y mar en 2013, y la medición se está realizando ahora en Fermilab con cuatro veces la precisión.

Cuando Brookhaven llevó a cabo el experimento, el resultado fue sorprendente:el valor muón de g difería significativamente de lo que los cálculos decían que debería ser, y nadie está muy seguro de por qué. Es posible que el experimento en sí fuera defectuoso y el resultado fuera falso, pero también abre la puerta a la posibilidad de nuevas partículas y teorías exóticas. Con su cuatro veces mayor en precisión, Muon g-2 arrojará más luz sobre la situación.

Para medir g, Los haces de muones que circulan dentro del anillo de almacenamiento del experimento están sujetos a un campo magnético intenso, alrededor de 30, 000 veces la fuerza del campo natural de la Tierra. Esto hace que los muones giren alrededor del campo magnético, o preceso, de una manera particular. Midiendo esta precesión, es posible extraer con precisión el valor de g.

La fuerza del campo magnético al que están expuestos los muones afecta directamente la forma en que precesan, por lo que es absolutamente crucial realizar mediciones extremadamente precisas de la intensidad del campo y mantener su uniformidad en todo el anillo, lo que no es una tarea fácil.

Si Muon g-2 respalda el resultado de Brookhaven, sería una gran noticia. El Modelo Estándar necesitaría repensarse y abriría un capítulo completamente nuevo de física de partículas.

Una teoría líder para explicar los resultados intrigantes son los nuevos tipos de partículas virtuales, fenómenos cuánticos que entran y salen de la existencia, incluso en un vacío por lo demás vacío. Todas las partículas conocidas hacen esto, pero su efecto total no explica los resultados de Brookhaven. Por lo tanto, los científicos están prediciendo uno o más nuevos, tipos desconocidos, cuya presencia efímera adicional podría estar proporcionando las extrañas observaciones de muones.

"El mayor desafío hasta ahora ha sido lidiar con lo inesperado, "dijo Joe Grange, científico del Laboratorio Nacional de Argonne que trabaja en el campo magnético de Muon g-2. "Cuando surge un misterio que debe resolverse con relativa rapidez, las cosas pueden ponerse agitadas. Pero también es una de las partes más divertidas de nuestro trabajo ".

Sondeando el campo

Las mediciones de la intensidad del campo magnético se realizan utilizando dispositivos electrónicos sensibles llamados sondas. Tres tipos de sondas:fija, carro y hundimiento:trabajen juntos para construir un mapa tridimensional del campo magnético dentro del experimento. El campo puede derivar con el tiempo, y cosas como los cambios de temperatura en el edificio del experimento pueden afectar sutilmente la forma del anillo, por lo que aproximadamente 400 sondas fijas se colocan justo encima y debajo del anillo de almacenamiento para vigilar constantemente el campo en el interior. Debido a que estas sondas siempre están mirando, los científicos saben cuándo y cuánto modificar el campo para mantenerlo uniforme.

Para estas medidas, y cada pocos días cuando los experimentos se detienen y el haz de muones se detiene, una longitud de 0,5 metros, Un carro cilíndrico curvo sobre rieles que contiene 17 sondas se envía alrededor del anillo para tomar un mapa de campo preciso en la región donde se almacenan los muones. Cada órbita tarda un par de horas. Las sondas del carro están calibradas por una sonda de inmersión, que puede entrar y salir de su propia cámara en un lugar específico del ring cuando sea necesario.

Las sondas fijas se han instalado y funcionan desde el otoño de 2016, mientras que las 17 sondas del carro se han retirado recientemente, actualizado y reinstalado.

"Las sondas están dentro del anillo donde no podemos verlas, "Dijo Flay." Así que emparejar sus posiciones para obtener una calibración precisa entre ellos no es algo fácil de hacer ".

El equipo desarrolló algunas soluciones innovadoras para abordar este problema, Incluyendo un sistema de estilo de código de barras dentro del anillo, que el carro escanea para transmitir dónde está mientras se mueve.

G-2 mundial

Muon g-2 es una colaboración internacional organizada por Fermilab. Junto con científicos del Fermilab, Argonne, y Brookhaven, Varias universidades en los EE. UU. trabajan con colaboradores internacionales de países tan diversos como Corea del Sur, Italia y Reino Unido. En total, alrededor de 30 instituciones y 150 personas trabajan en el experimento.

"Son los esfuerzos detallados de Argonne, Universidad de Washington, Los equipos de la Universidad de Massachusetts y la Universidad de Michigan que han producido estos herramientas de calidad que nos brindan una imagen completa del campo magnético, "dijo Brendan Kiburg, Científico del Fermilab trabajando en Muon g-2. "Ha llevado años de trabajo meticuloso".

El equipo está trabajando para finalizar la parte principal de medición de la intensidad de campo del proceso de puesta en marcha a principios de 2018. antes de pasar a analizar exactamente cómo los muones experimentan el campo generado. Está previsto que el experimento comience por completo en febrero de 2018.